Pengenalan evolusi
dikelompokkan bersama karena kemiripan pada morfologi (disebut "homologi") yang berasal dari nenek moyang bersama. Bukti kuat evolusi datang dari analisis homologi struktur, yaitu struktur pada spesies berbeda yang fungsinya juga berbeda namun memiliki struktur yang mirip. Contohnya adalah tangan dan kaki mamalia. Tangan manusia, kaki depan kucing, sirip ikan paus, dan sayap
kelelawar memiliki struktur tulang yang sama, namun masing-masing memiliki fungsi yang berbeda. Jenis tulang yang membentuk sayap pada burung juga membentuk sirip pada ikan paus. Teori evolusi menjelaskan homologi struktur ini, yaitu bahwa keempat hewan ini memiliki nenek moyang bersama, dan masing-masing telah mengalami perubahan selama beberapa generasi. Perubahan pada struktur telah
menghasilkan organ lambai depan ("forelimb") yang diadaptasikan untuk tugas-tugas yang berbeda. Pada beberapa kasus, perbandingan anatomi struktur embrio dari dua atau lebih spesies dapat memberikan bukti nenek moyang bersama yang tidak dapat terlihat pada bentuk struktur dewasa. Seiring dengan berkembangnya embrio, homologi tersebut akan menghilang dan strukturnya akan memiliki fungsi yang
berbeda. Salah satu dasar klasifikasi kelompok vertebrata (termasuk pula manusia) adalah keberadaan ekor dan celah faringal. Kedua struktur tersebut tampak pada perkembangan embrio namun pada bentuk dewasa tidaklah selalu jelas.
Karena kemiripan morfologi yang ada pada embrio spesies yang berbeda semasa perkembangannya, pernah diasumsikan bahwa organisme mengulangi sejarah evolusi spesies tersebut pada tahap embrio. Diperkirakan bahwa embrio manusia menjalani tahap amfibi dan kemudian reptil sebelum menyelesaikan perkembangan mamalia. Pengulangan tersebut, sering disebut teori rekapitulasi, tidaklah
memiliki dasar-dasar ilmiah. Apa yang sebenarnya terjadi adalah tahap awal perkembangan embrio sekelompok organisme yang berkerabat adalah mirip satu sama lainnya. Pada tahap perkembangan embrio yang paling awal, semua vertebrata tampak sangat mirip, namun ia sama sekali tidak mirip dengan spesies leluhur terdahulu. Seiring dengan berlanjutnya perkembangan embrio, beberapa organ spesifik muncul dari bentuk dasar ini.
Homologi juga melibatkan sekelompok struktur tubuh yang unik yang dikenal sebagai struktur vestigial. "Vestigial" merujuk pada bagian anatomi hewan yang memiliki fungsi minimal ataupun sama sekali tidak berfungsi. Struktur tanpa guna ini merupakan sisa-sisa organ tubuh leluhur yang pernah berfungsi. Misalnya pada ikan paus, paus memiliki tulang vestigial yang tampak seperti sisa tulang
kaki leluhur paus yang berjalan di daratan. Manusia juga memiliki struktur vestigial, meliputi otot telinga, gigi bungsu, umbai cacing, tulang ekor, bulu badan (termasuk pula cutis anserina), dan lipatan "Plica semilunaris" pada sudut mata.
Perbandingan anatomi kadang-kadang dapat menyesatkan kesimpulan karena tidak semua kemiripan anatomi mengindikasikan hubungan dekat. Organisme yang berada dalam lingkungan yang mirip seringkali akan mengembangkan struktur fisik yang mirip pula. Proses evolusi ini disebut sebagai "evolusi konvergen". Baik hiu dan lumba-lumba memiliki bentuk tubuh yang mirip, namun mereka hanyalah berkerabat jauh.
Hiu adalah ikan, sedangkan lumba-lumba adalah mamalia. Kemiripan ini diakibatkan oleh lingkungan yang mirip. Pada kedua kelompok hewan tersebut, perubahan yang membantu proses berenang difavoritkan, sehingga sejalan dengan waktu, keduanya akan mengembangkan struktur morfologi penampilan yang mirip, walaupun keduanya tidak berkerabat dekat.
Setiap organisme hidup (terkecuali virus RNA) mengandung molekul DNA yang membawa informasi genetik. Gen adalah untaian DNA yang membawa informasi dan memengaruhi sifat dan ciri organisme. Gen menentukan penampilan umum suatu individu dan secara terbatas memengaruhi perilakunya. Jika dua organisme berkerabat dekat, DNA-nya akan sangat mirip. Di sisi lain, dua organisme yang berkerabat jauh akan memiliki perbedaan DNA
yang lebih besar Sebagai contoh, dua orang bersaudara memiliki hubungan yang lebih dekat dan DNA yang lebih mirip daripada dua orang sepupu. Kemiripan pada DNA biasanya menentukan hubungan antar spesies sama seperti ia menunjukkan hubungan antar individu. Sebagai contoh, perbandingan DNA gorila, simpanse, dan manusia menunjukkan 96% kemiripan DNA antara manusia dengan simpanse. Perbandingan ini mengindikasikan
bahwa manusia dan simpanse lebih berkerabat dekat terhadap satu sama lainnya daripada terhadap gorila. Bidang sistematika molekuler memfokuskan pada pengukuran kemiripan pada molekul DNA dan menggunakan informasi ini untuk menentukan seberapa jauh kedua organisme berkerabat melalui evolusi. Perbandingan ini mengizinkan para ahli biologi membangun "pohon hubungan" evolusi kehidupan yang
ada di Bumi. Perbandingan ini bahkan dapat mengizinkan para ilmuwan menyingkap hubungan antar organisme yang leluhurnya telah hidup sangat lama sedemikiannya tiada kemiripan yang terpantau pada organisme sekarang.
Koevolusi adalah proses dua atau lebih spesies memengaruhi proses evolusi satu sama lainnya. Semua organisme dipengaruhi oleh makhluk hidup disekitarnya, namun pada koevolusi, terdapat bukti bahwa sifat-sifat yang ditentukan oleh genetika pada tiap spesies secara langsung disebabkan oleh interaksi antara dua organisme.
Contoh kasus koevolusi yang terdokumentasikan dengan baik adalah hubungan antara "Pseudomyrmex" (sejenis semut) dengan tumbuhan akasia. Semut menggunakan tumbuhan ini sebagai tempat berlindung dan sumber makanan. Hubungan antar dua organisme ini sangat dekat sedemikiannya telah menyebabkan evolusi struktur dan perilaku khusus pada kedua organisme. Semut melindungi pohon akasia dari hewan herbivora dan
membersihkan tanah hutan dari benih tumbuhan saingan. Sebagai gantinya, tumbuhan mempunyai struktur duri yang membesar yang dapat digunakan oleh semut sebagai tempat perlindungan dan sumber makanan ketika tumbuhan tersebut berbunga. Koevolusi seperti ini tidak menandakan bahwa semut dan pohon tersebut memilih untuk berperilaku secara altruistik, melainkan perilaku ini disebabkan
oleh perubahan genetika yang kecil pada populasi semut dan pohon yang menguntungkan satu sama lainnya. Keuntungan yang didapatkan memberikan kesempatan yang lebih besar agar karakteristik ini diwariskan kepada generasi selanjutnya. Seiring dengan berjalannya waktu, mutasi yang berkelanjutan menciptakan hubungan yang kita pantau sekarang.
"Seleksi buatan" adalah pembiakan terkontrol yang diterapkan pada tumbuhan maupun hewan. Manusia menentukan hewan mana ataupun tumbuhan mana yang akan bereproduksi dan keturunan mana yang akan bertahan hidup, sehingga manusia menentukan gen mana saja yang akan diturunkan kepada generesi selanjutnya. Proses seleksi buatan memiliki pengaruh yang besar terhadap
evolusi hewan domestik. Contohnya, manusia telah berhasil membiakkan berbagai jenis anjing yang berbeda dengan pembiakan terkontrol ini. Perbedaan pada ukuran antara anjing Chihuahua dan "Great Dane" merupakan akibat dari seleksi buatan. Walaupun kedua jenis anjing tersebut memiliki penampilan fisik yang berbeda, keduanya merupakan akibat evolusi dari beberapa jenis serigala yang didomestikasi oleh manusia kurang dari 15000 tahun yang lalu.
Seleksi buatan juga telah menghasilkan berbagai jenis varietas tanaman. Pada kasus tanaman jagung, bukti genetika mutakhir mensugestikan bahwa domestikasi jagung terjadi 10000 tahun yang lalu di Meksiko tengah. Sebelum didomestikasi, tongkol jagung liar sulit dipanen dan hanya memiliki sebagian kecil bagian yang dapat dimakan. Pada zaman sekarang "The Maize Genetics Cooperation •