由观察不同物种的型态或生物分子，如基因或一些生化途径而得知，是演化生物学的研究对象之一。一个常见的趋异演化例子是嵴椎动物的四肢，这些动物中的四肢可能具有共同起源，但却有不同的构造与功能。除了型态之外，也可应用分子生物学来研究这些现象。例如一个基因与蛋白质序列，可能分化成两种以上的同源基因。与趋异演化相对的概念是趋同演化（convergent evolution），是指两种以上型态或分子具有相同功能或构造，但却源自不同起源。