Evoluution todisteet
Fossiilit

Geologisten kerrostumien ikiä on mitattu, ja näistä kerrostumista on löydetty jälkiä lajeista, jotka poikkeavat nykyisestä. Tunnettu esimerkki on hevosen kehityssarja, jossa lajit muuttuvat toisiksi. Kun alkuhevosen ympäristö muuttui, yleistyivät sellaiset perintötekijät, jotka olivat eduksi muuttuneissa olosuhteissa. Samaan suuntaan vaikuttavat mutaatiot säilyivät ja yleistyivät.
Jo 1700-luvulla geologit huomasivat, että eri geologissa kerrostumissa on erilainen fauna ja floora. Myöhemmin he kykenivät määrittämään noiden kerrostumien keskinäisen järjestyksen tekemällä maailmanlaajuisia vertailuja. Osassa fossiiliaineistoa kerrostumat ovat väärässä ikäjärjestyksessä, ja suurimmassa osassa aineistoa kerrostumia puuttuu, mutta geologit kykenivät jo tunnistamaan prosessit, jotka kääntävät tai kuluttavat kerrostumia. Vähintään paristakymmenestä eri paikasta on kuitenkin löydetty kaikki kerrostumat tallella ikäjärjestyksessä eli niin sanottu geologinen pylväs. 1900-luvulla kehitettiin radioaktiivisuuteen perustuvia ajoitusmenetelmiä sekä muita menetelmiä, joilla saadaan selville noiden kerrostumien iät sen lisäksi, että niiden suhteelliset iät jo tunnettiin.
Nuo ajoitusmenetelmät, joita nykyisin on yli 40, todistavat yhtäpitävästi lukuisista näytteistä, että Maa on noin 4,54 miljardia vuotta vanha ja että ensimmäiset varmat alkeellisen elämän jäänteet ovat jonkin verran alle 4 miljardin vuoden ikäisiä. Ensimmäinen elämä oli fossiiliaineistossa alkeellista ja miljardien vuosien aikana se kehittyi monimutkaisemmaksi, mm. ensimmäiset aitotumaiset kehittyivät reilut 2 miljardia vuotta sitten ja vaikka monisoluisuus kehittyi mahdollisesti jo reilut miljardi vuotta sitten, vasta noin 600-700 miljoonaa vuotta sitten monisoluisuutta alkoi esiintyä laajamittaisesti. Kambrikaudella elämän monimuotoisuus kehittyi huimasti ja silloin syntyi useita nykyisinkin eläviä pääryhmiä, vaikka useimmat kambrikaudella syntyneet pääryhmät katosivatkin sukupuuttoon. Esim. myöhäiskambrin aikana kehittyivät ensimmäiset selkäjänteiset, joista myöhemmin kehittyivät kaikki selkärankaiset, ensin rustokalat, sitten luukalat, joista ovat peräisin kaikki myöhemmin kehittyneet selkärankaiset.
Fossiiliaineiston järjestyminen iän mukaan näkyy noissa kerroksissa ja vaikka kaikkea ei pystytä luotettavasti ajoittamaan radioaktiivisuuteen perustuvilla ajoitusmenetelmillä, kerrostumien järjestyksestäkin ajoitus onnistuu, koska noiden kerrostumien suhteelliset iät tiedetään ja vastaavat kerrostumat on aina kyetty ajoittamaan jossakin muualla. Ja aina kun ajoitus on kyetty luotettavasti tekemään, iät ovat vastanneet evoluutioteorian mukaista järjestystä. Kambrikaudelta ei koskaan löydetä jänistä, koska jäniksiä ei vielä tuolloin ollut. Dinosaurusten ajalta ei koskaan löydetä valasta, koska valaita ei vielä tuolloin ollut.
Ajoitusmenetelmillä on rajoituksensa ja puutteensa ja joskus ne epäonnistuvat, mutta niillä on ajoitettu tuhansia ja taas tuhansia näytteitä, ja näiden näytteiden antama kokonaiskuva on, että elämä on järjestäytynyt fossiiliaineistoon johdonmukaisesti evoluutioteorian mukaiseen järjestykseen miljardien vuosien ajalta.
Paleontologia tutkii fossiileja. Fossiiliaineisto on vakuuttavin näyttö evoluution tapahtumista ja sen avulla päästään evoluution jäljille usein pienimpiä yksityiskohtia myöten. Tiettynä ajanjaksona eläneiden eläinten ja kasvien jäännöksiä löytyy kivettyneinä hyvinkin vanhoissa geologisissa kerrostumissa. Varhaisempi kerros sisältää aina seuraavasta kerroksesta löytyvien fossiilien kantamuotoja. Tuoreimpien kerroksien sisältämät fossiilit ovat usein hyvin samannäköisiä kuin nykyisin elävät eläimet. Mitä kauemmaksi mennään, sitä enemmän fossiilit poikkeavat nykyisistä eläimistä. Darwin päätteli, että juuri tätä voitiin odottaa, jos varhaisimmista kerroksista löytyneet eläimet ja kasvit olivat asteittain kehittyneet myöhäisemmistä kerroksista löytyneiksi lajeiksi.
Fossiileista saadun tiedon kertyminen tarkentaa toistaiseksi hyvin aukkoista kuvaa nykyajan lajien oletetuista esi-isistä, sukulaisuuksista ja synnystä. Fossiiliaineisto on tavallisesti poukkoilevaa; on yleensä harvinaista löytää katkeamaton fossiilien sarja, josta näkisi kantalajin muuttuvan vähittäin toiseksi lajiksi. Vain murto-osa kaikista maapallolla eläneistä eliöistä on fossiloitunut. Moni kerrostuma on sijainnut alueella, joka on huuhtoutunut tai tuhoutunut mannerlaattojen liikkuessa. Kerrostumat ovat taittuneet, litistyneet tai muuttaneet muotoaan tuhoten fossiiliaineiston, lisäksi maan päälle ulottuu nykyisin vain murto-osa fossiileja sisältävistä kerrostumista.
Esimerkiksi lintujen ja nisäkkäiden oletetaan kehittyneen matelijoista, ja jo vuonna 1861 löydettiin Archaeopteryxin (höyhenpeitteinen lintulisko) fossiili, joka oli välimuoto lintujen kehityksessä. Fossiileja, jotka täyttävät tyhjän aukon, kutsutaan puuttuviksi lenkeiksi. Jotkut fossiililinjat ovat melko täydellisiä, kuten kehityslinja nisäkäsliskoista nisäkkäiksi, valaiden evoluutio ja hevosen heimon evoluutio kantalajista (Eohippus) nykyiseen hevoseen (Equus). Myös ihmisen esi-isät muodostavat vaikuttavan sarjan välimuotoja nykyiseen ihmiseen.