在1900年代再次发现孟德尔的研究后，遗传学成为演化生物学的核心工具之一。包括托马斯·亨特·摩尔根遗传学实验来研究演化，并让果蝇成为重要的模式生物。后续在现代演化综论中，族群遗传学等数学工具发展，让演化成为可以量化的学门。在演化生物学发展之初，由于微生物缺乏显着的外形特征和明确的物种概念，微生物学并没有被包括在演化生物学的范畴。然而，随着微生物生理学和微生物基因组学快速发展，和微生物本身具有繁殖周期短的特性，演化生物学家们开始大量地利用微生物来研究演化。同样的原因也驱使了病毒演化生物学的进步，特别是噬菌