Toán tử đột biến (mutation operator) hay còn gọi là luật đột biến (mutation rule) là một luật được áp dụng vào chương trình gốc để tạo ra các phiên bản đột biến.

Đơn giản, với bốn phép toán {+, -, *, / } áp dụng cho biểu thức s=(a+b). Ta có tạo ra 3 đột biến bằng cách thay thế toán tử (+) bằng 3 toán tử còn lại.

Bảng .. ví dụ về một số toán tử đột biến

Tập các toán tử đầu tiên dùng trong Mothra (cho ngôn ngữ Fortran) gồm 22 toán tử.

Trong bảng trên, toán tử ROR (Relational Operator Replacement) được áp dụng để tạo ra các đột biến bằng cách thay đổi các toán tử quan hệ trong chương trình gốc. Toán tử ROR thực hiện thay thế quan hệ (>) bằng các quan hệ (<), (<=), (>=), (!=), (==). Nếu áp dụng toán tử ROR, năm phiên bản đột biến có thể tạo ra.