Plejotropia ma znaczenie dla teorii ewolucji. Często twierdzono, że niektóre dziedziczne cechy zwierząt nie są produktem adaptacji przez dobór naturalny. Wiele z tego może być wyjaśnione przez plejotropizm. Silna selekcja dla jednego lub dwóch aspektów funkcji genu automatycznie przyniesie ze sobą inne cechy plejotropowe. Te inne cechy, choć dziedziczone, mogą być neutralne lub nawet nieco szkodliwe z punktu widzenia selekcji.
Plejotropia antagonistyczna odnosi się do ekspresji genu skutkującej wieloma konkurującymi ze sobą efektami, z których jedne są korzystne, a inne szkodliwe dla organizmu. Możliwe są trzy okoliczności:
1. Równocześnie gen może powodować szkodliwe cechy, które są równoważone przez wartość przeżycia pozytywnych cech.
2. Gen może zwiększać kondycję w młodszym, płodnym organizmie, ale przyczyniać się do obniżenia kondycji w późniejszym okresie życia. Wkład reprodukcyjny w młodszych stadiach życia zapewni rozprzestrzenianie się takiego genu.
3. Gen może zwiększać fitness w niektórych siedliskach, ale nie w innych. Jego przetrwanie w populacji jest wtedy zrównoważone. Przykładem jest gen bakterii, który zwiększa wykorzystanie glukozy kosztem zdolności do wykorzystania innych źródeł energii (takich jak laktoza). Ma to pozytywne skutki, gdy jest dużo glukozy, ale może być śmiertelne, gdy laktoza jest jedynym dostępnym źródłem pożywienia.
