Des modifications de la séquence nucléotidique de l'ADN peuvent apparaître de façon spontanée, c'est à dire sans intervention de l'homme ou de l'environnement. C'est le cas des erreurs d'incorporation de nucléotides ou des glissements relatifs des brins lors de la réplication de l'ADN, c'est également le cas des changements de configuration des bases nucléiques par tautomérisation. La désamination des bases et la création de sites apuriniques sont aussi des phénomènes qui peuvent se produire spontanément. Mais tous ces phénomènes, ainsi que l'alkylation des bases ou des groupements phosphates de l'ADN, peuvent aussi être provoqués par l'action de certains produits chimiques ou facteurs physiques. Malgré l'existence de mécanismes de réparation, de tels agents augmentent considérablement le nombre de changements qui apparaissent dans la séquence de l'ADN, ce qui rend difficile le travail de réparation : toutes les erreurs ne sont pas réparées. Si trop d'erreurs s'accumulent, les cellules touchées ne peuvent pas survivre : elles meurent, l'effet est létal. Par contre, dès qu'une modification est maintenue à la génération cellulaire suivante, il y a mutation. Ce changement de nucléotides entraînera ou non un changement de phénotype. Dans les faits il y a globalement augmentation du nombre de mutations sous l'action des agents susceptibles de modifier la séquence de l'ADN, c'est pourquoi on les désigne comme agents mutagènes. Les agents mutagènes, qui sont aussi le plus souvent des agents cancérigènes, sont nocifs du fait de leur présence non contrôlée, et parfois non contrôlable, dans l'environnement. Ils peuvent aussi être utilisés volontairement du fait de leur action mutagène. Par exemple, les généticiens ont beaucoup utilisé différents agents mutagènes, chimiques ou physiques, pour obtenir un plus grand nombre de mutants afin de comprendre le fonctionnement de cellules et des organismes. Ils continuent à le faire mais ils disposent désormais d'autres outils dont on peut mieux contrôler l'action, avec l'avènement du génie génétique. La médecine utilise aussi des agents mutagènes, en particulier dans la lutte contre des cancers, dans des traitements par chimiothérapie ou par radiothérapie (les rayonnements UV et X peuvent provoquer différentes distorsions ou lésions physiques, notamment de cassures de l'ADN). Les agents mutagènes sont donc à la fois cancérigènes et utilisés pour lutter contre les cancers.