Radiação adaptativa é quando uma espécie se ramifica para ocupar vários nichos em um ambiente e, eventualmente, evolui para várias espécies. As espécies são mais bem-sucedidas na radiação adaptativa após uma extinção em massa ou quando colonizam uma ilha anteriormente desabitada. Em ambos os casos, nichos que normalmente seriam ocupados por espécies concorrentes são deixados livres para serem explorados por uma nova espécie.
Um ecossistema é composto por muitas espécies de plantas e animais que competem pela sobrevivência. Em um ecossistema típico, uma espécie evolui para ocupar um nicho ecológico específico, definido como o papel que uma forma de vida tem em seu ambiente, incluindo o habitat em que vive e os recursos que consome. Na maioria dos ecossistemas, várias espécies ocupam os mesmos nichos e devem continuar a evoluir para obter uma vantagem sobre as espécies concorrentes em face de recursos limitados. Todas as espécies em um sistema evoluem continuamente; portanto, a maioria dessas competições termina em um empate e apenas ocasionalmente uma espécie se desenvolve para dominar as outras.
Em um novo ambiente, como em uma ilha que foi formada recentemente, muitos nichos ecológicos estão desocupados. A radiação adaptativa ocorre quando uma espécie chega a um novo ambiente e evolui para utilizar vários nichos ecológicos. Eventualmente, uma espécie se tornará várias espécies que não podem mais se cruzar. Esse padrão evolutivo é comum em todo o mundo e pode ser rastreado através do registro fóssil de muitas plantas e animais.
Um dos exemplos mais famosos de radiação adaptativa é a evolução dos tentilhões nas Ilhas Galápagos. Acredita-se que esses pequenos pássaros que comem sementes chegaram alguns milhões de anos atrás nas ilhas relativamente desabitadas que ficam a 600 quilômetros a oeste do Equador. Na ausência de outras aves pequenas, as espécies progenitoras evoluíram de formas diferentes de bico para comer os diferentes alimentos disponíveis nas ilhas. Tentilhões evoluíram para ter bicos que os ajudavam a comer insetos, larvas e flores, e uma espécie até evoluiu para ter um bico que tornou possível modelar e usar uma ferramenta para capturar insetos. Depois de visitar as Ilhas Galápagos em 1835, Charles Darwin levou para casa muitos desses pássaros, e o estudo posterior dos bicos levou-o a desenvolver sua teoria da evolução.
Outro exemplo de radiação adaptativa é a evolução dos marsupiais no continente australiano. Os marsupiais começaram como pequenas criaturas semelhantes a gambás, mas evoluíram para muitas espécies quando chegaram à Austrália, cerca de 55 milhões de anos atrás. Não havia outros mamíferos no continente, então os marsupiais irradiavam para preencher os papéis que os não-marsupiais preenchiam no resto do mundo. Os cangurus evoluíram para grandes animais pastando e os leões marsupiais evoluíram para grandes predadores.