Formulado em 1908 pelos cientistas Hardy e Weinberg, esse teorema tem o seguinte enunciado: “Em uma população em que os cruzamentos ocorrem ao acaso e sobre a qual não há atuação de fatores evolutivos, as frequências gênicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações”.
Esse teorema só é válido, portanto, para populações infinitamente grandes, com cruzamentos ao acaso (panmítica; pan = todos;mítica = misturar) e isentas de fatores evolutivos, como mutação, seleção natural e migrações. Uma população assim caracterizada encontra-se em equilíbrio genético.
A importância do Teorema de Hardy-Weinberg para as populações naturais está no fato de ele estabelecer um modelo para o comportamento dos genes. Assim, é possível estimular frequências gênicas e frequências genotípicas ao longo das gerações e compará-las com as obtidas na prática. Se os valores observados forem significantemente diferentes dos valores esperados, pode-se concluir que fatores evolutivos estão atuando sobre essa população e que ela está evoluindo. Se os valores não diferirem significantemente, pode-se concluir que a população está em equilíbrio e, portanto, não está evoluindo.
A fórmula que expressa as probabilidades dos diversos genótipos para um par de alelos na população é: