A szintetikus evolúcióelmélet egyik legfontosabb és újabban a legtöbbet vitatott fogalma a genetikai adaptáció. Lazább megfogalmazásban genetikai adaptáción olyan optimalizációs folyamatot értenek, amelynek során a környezet különböző hatásaira egy populáció genetikai architektúrája úgy változik meg, hogy a változás minden szempontból a legkedvezőbb legyen a populáció egyedeinek fennmaradása és szaporodási sikere szempontjából. Vagyis a környezet paramétereinek ismeretében tulajdonképpen kiszámítható lenne, hogy milyen optimális tulajdonságokkal kellene egy adott organizmusnak rendelkezni, és vizsgálható, hogy megfelel-e ezeknek a feltételeknek (Lewontin 1979). A neodarwinista elmélet ezt a lazább megfogalmazást génfrekvenciákkal operáló matematikai modellekkel kívánta egzaktabbá tenni, és így született a fitnesz fogalma. Populációgenetikai értelmezésben a fitnesz egy-egy génváltozatra jellemző tulajdonság, amely mutatja, hogy az adott változatnak és a leggyakrabban előforduló allélnak milyen az aránya. A teóriából következik, hogy az adaptáció során a gének fitnesze növekszik. Az adaptáció fogalmának kritikusai szerint a legnagyobb probléma az, hogy az elmélet nem bizonyítani kívánja az adaptáció létezését, amit egy korrekt elméletnek tenni kéne, hanem azt eleve feltételezi, és csupán azt vizsgálja, hogy a különböző organizmusok hogyan adaptálódnak (Lewontin 1979). Kétségtelenül kimutatható, akár kísérletileg is, hogy bizonyos tulajdonságok erős szelekciós hatásokra alakultak ki, de ez természetesen nem bizonyítja azt, hogy minden tulajdonság így jött létre, és hogy az organizmusok formálásában kizárólag a szelekciónak van szerepe. A gének többségének pleiotrop hatása van, tehát nemcsak egy konkrét tulajdonság kifejlődését befolyásolják, hanem sokét. Ezért nehéz elképzelni, hogy a különböző tulajdonságokat befolyásoló gén olyan módon képes megváltozni az adaptáció során, hogy ez a változás egyidejűleg optimális legyen minden szempontból. Mindenképpen számolni kell olyan tulajdonságokkal is, amelyek csak véletlen hatások eredményeképpen alakultak ki, vagy esetleg más szelekciós hatásra megjelenő tulajdonságok következményeként.