L'isolement reproductif constitue ainsi la pierre angulaire du concept biologique d'espèce tel que défini par Ernst Mayr : il peut être prézygotique, empêchant la fécondation par des barrières temporelles, comportementales, mécaniques ou écologiques, ou postzygotique, réduisant la viabilité ou la fertilité des hybrides lorsque la fécondation a malgré tout lieu.

On distingue classiquement plusieurs modes de spéciation selon le contexte spatial dans lequel s'opère la divergence évolutive. 

• La spéciation allopatrique, considérée comme la plus fréquente chez les animaux, survient lorsqu'une barrière géographique physique (telle qu'une chaîne de montagnes, un bras de mer, un glacier ou une coulée de lave) fractionne l'aire de répartition d'une espèce en populations isolées qui évoluent indépendamment. 

Dans ce cadre, la spéciation vicariante concerne des populations de taille importante séparées par un événement géologique majeur, tandis que la spéciation péripatrique, ou par effet fondateur, implique qu'un petit groupe marginal colonise un nouvel habitat isolé, comme une île, où la dérive génétique agit avec une intensité accrue en raison de la faible taille effective de la population. 

L'exemple emblématique des pinsons des Galápagos illustre ce processus-: isolés sur différentes îles de l'archipel, ces oiseaux ont développé des morphologies de bec adaptées aux ressources alimentaires locales, conduisant à la formation d'espèces distinctes à partir d'un ancêtre commun.

• La spéciation sympatrique se produit sans séparation géographique : des sous-populations occupant la même aire de répartition divergent en exploitant des niches écologiques différentes ou en adoptant des comportements reproducteurs distincts, ce qui réduit progressivement les échanges génétiques. Ce mode de spéciation, longtemps controversé, est aujourd'hui documenté chez plusieurs groupes, notamment les cichlidés des grands lacs africains où plus de 2000 espèces se sont diversifiées en occupant des micro-habitats et régimes alimentaires variés au sein d'un même plan d'eau. Chez certains végétaux, la spéciation sympatrique peut également résulter d'un doublement chromosomique chez un hybride, créant instantanément un individu incapable de se reproduire avec ses parents mais fertile avec ses semblables, un mécanisme fréquent chez les angiospermes.

• La spéciation parapatrique a lieu quand des populations adjacentes mais soumises à des pressions sélectives contrastées divergent malgré un flux génétique limité dans une zone de contact étroite; l'exemple des corneilles noires et mantelées en Europe, qui s'hybrident dans une bande géographique restreinte tout en maintenant leur intégrité spécifique grâce à une faible fertilité des hybrides, illustre ce processus.

• La spéciation par distance correspond à une situation où des populations reliées par une série de sous-populations interfécondes présentent une variation graduelle des caractères le long d'un gradient géographique, de sorte que les extrémités de la chaîne, bien que connectées indirectement, ne peuvent plus se reproduire entre elles, comme observé chez le Pouillot verdâtre.