As semelhanças entre moléculas biológicas podem refletir a ancestralidade evolutiva comum. Assim, ao se comparar sequências de determinados genes de diferentes espécies, é possível entender como essas espécies se relacionam evolutivamente umas com as outras.

A estrutura do DNA, de acordo com o modelo de Watson e Crick, é uma hélice polinucleotídica de fita dupla e antiparalela. As cadeias de fosfato-desoxirribose constituem o exterior da hélice, enquanto as bases nitrogenadas são encontradas no interior e formam pares ligados por ligações de hidrogênio. 

Segundo a teoria darwinista, as mutações gênicas possibilitam o surgimento de novos genes alelos numa determinada população. Seguindo os mecanismos de seleção natural, se as características determinadas por esses novos alelos forem favoráveis à sobrevivência dos indivíduos num determinado ambiente, essas mutações se estabilizam na população.

Algumas semelhanças físicas entre espécies são análogas, ou seja, evoluíram de forma independente em diferentes organismos que viviam em ambientes similares ou sofreram pressões seletivas semelhantes. Esse processo é chamado de Evolução Convergente.