有些神奇寶貝的成長過程中，在特定的條件下，會進化成為另一種神奇寶貝。進化不僅僅是身體上的變化，進化後的神奇寶貝有不同的（常常是更高的）種族值，學會不同的技能，有的甚至還會改變屬性。而神奇寶貝的性格、基礎得點和顏色異常等狀態則會保留。
山梨博士是研究神奇寶貝進化的權威。根據他的研究，90%的神奇寶貝都和進化相關。山梨博士正在研究進化是否是神奇寶貝成熟的一種形式，以及傳說中的神奇寶貝是否有進化的可能性。