Homologier har avgjørende betydning for fylogenetikken, dvs. for vitenskapen som rekonstruerer organismenes stamtre. Deler to organismegrupper en homolog egenskap, betyr dette vanligvis at de har hatt en felles stamart. På denne måten kan slektskapsforholdene mellom grupper avsløres. Et viktig skille i fylogenetisk sammenheng er om homologiene er «evolusjonære nyvinninger» eller «opprinnelige egenskaper» (se apomorfi og plesiomorfi).