Giải thuật di truyền hoạt động dựa trên các khái niệm về quần thể, cá thể, gen và độ thích nghi (giá trị fitness).
Quần thể là một tập hợp được đặc trưng bởi số lượng các cá thể. Quần thể chính là không gian tìm kiếm của bài toán tối ưu. Có hai vấn đề quan trọng của quần thể là việc khởi tạo quần thể và kích thước quần thể. Kích thước quần thể sẽ phụ thuộc vào độ phức tạp của bài toán. Quần thể đầu tiên nên có một tập gen đủ rộng để khám phá được toàn bộ không gian tìm kiếm. Để có được điều này, quần thể ban đầu phải được lựa chọn ngẫu nhiên. Do vậy, độ thích nghi trung bình của quần thể sẽ cao và sẽ giúp giải thuật di truyền tìm ra giải pháp tốt nhất nhanh hơn. Nếu tập gen không đủ rộng thì quần thể sẽ thiếu đi tính đa dạng và giải thuật di truyền sẽ chỉ khám phá một phần nhỏ của không gian tìm kiếm và dẫn đến một tối ưu cục bộ. Số lượng cá thể trong quần thể đông có điểm lợi là xác suất xuất hiện cá thể tốt trong quần thể sẽ cao hơn. Tuy nhiên điểm bất lợi là việc tính toán cho mỗi thế hệ sẽ nhiều hơn.
Một cá thể là một giải pháp có thể trong không gian quần thể. Dạng thông tin chính của cá thể chính là nhiễm sắc thể. Nhiễm sắc thể chính là dạng mã hóa của giải pháp trong không gian tìm kiếm. Một nhiễm sắc thể được chia nhỏ thành rất nhiều gen. Giá trị của gen được gọi là alen. Mỗi tính chất trong mỗi giải pháp tương ứng với mỗi gen trong nhiễm sắc thể.
Mỗi cá thể trong quần thể được đặc trưng bởi độ thích nghi. Độ thích nghi là giá trị cho biết “độ tốt” của mỗi cá thể. Độ thích nghi được suy ra từ một hàm mục tiêu tùy theo từng bài toán. Giá trị độ thích nghi còn được gọi là giá trị fitness. Để tính toán độ thích nghi, nhiễm sắc thể trước tiên cần được giải mã để có giá trị thực, sau đó sẽ áp
dụng hàm mục tiêu để đánh giá. Độ thích nghi không chỉ cho thấy mức độ tốt của một giải pháp mà nó còn chỉ ra rằng giải pháp đó gần như thế nào với giá trị tốt nhất.
Trong trường hợp tối ưu với nhiều mức tiêu chuẩn, hàm mục tiêu chắc chắn sẽ phức tạp. Với bài toán tối ưu nhiều tiêu chuẩn thường khó khăn khi quyết định giải pháp nào là tốt hơn so và cần phải xử lý thế nào trong trường hợp một giải pháp nếu tốt hơn ở tiêu chuẩn này thì lại kém hơn ở tiêu chuẩn khác.