Sympatrinen lajiutuminen tapahtuu ilman maantieteellistä isolaatiota. Tällöin samalla alueella elävät populaatiot eivät voi jostain syystä lisääntyä keskenään. Esimerkiksi kahden eri populaation lisääntymisajankohdat tai soidinkäyttäytyminen voivat poiketa toisistaan niin paljon, että populaatioiden yksilöt eivät lisäänny keskenään. Tällöin näiden populaatioiden välillä ei myöskään ole geenivirtaa.

Sympatrisessa lajiutumisessa laji voi hajota kahdeksi tai useammaksi lajiksi, kun esimerkiksi jotkut populaation mutatoituneet yksilöt erikoistuvat käyttämään eri ravintokasvia. Populaatioiden välille kehittyy vähitellen mutaatioiden seurauksena myös muita isolaatiomekanismeja ja lopulta ne eivät kykene lisääntymään. Muut isolaatiomekanismit estävät lajien risteytymisen, vaikka alkuperäinen isolaatiomekanismi purkautuisikin ja lajit alkaisivat käyttää samaa ravintokasvia. 

Sympatrisen lajiutumisen seurauksena populaatiot elävät samalla alueella, mutta niillä on erilainen ekologinen lokero. Äskettäin havaittiin, että eteläisellä Itämerellä elää kampela, ja vähäsuolaisilla alueilla elää oma kampelalaji, itämerenkampela. Näiden kampelalajien lajiutumisen oletetaan tapahtuneen viimeisen muutaman tuhannen vuoden aikana. Lajit eivät risteydy, sillä kampela kutee avomerellä kelluvaa mätiä, mutta itämerenkampela kutee rannikon läheisyydessä pohjaan painuvaa mätiä. 

Sympatrinen lajiutuminen voi olla myös äkillistä. Kasveilla kromosomistomutaatioiden aiheuttamat kromosomiluvun moninkertaistumiset voivat aiheuttaa uuden lajin synnyn nopeasti ilman maantieteellistä isolaatiota. Kromosomistomutaatioilla on tärkeä merkitys kasvien evoluutiossa.

Nopeimmillaan lajiutuminen voi alkaa vain yhden geenin mutaatiosta. Kotiloilla mutaatio yhdessä geenissä voi saada kuoren kiertymään vastapäivään. Tämä estää lisääntymisen, koska eri suuntiin kiertyneet kotilot eivät pysty parittelemaan keskenään. Lopputuloksena voi olla kaksi eri kotilolajia. 

Nopeimmillaan lajiutuminen voi alkaa vain yhden geenin mutaatiosta. Kotiloilla mutaatio yhdessä geenissä voi saada kuoren kiertymään vastapäivään.

Opetus.tv: lajiutuminen