อณูพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลเป็นการศึกษาสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุลเพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตระหว่างสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน วินัยนี้ใช้เพื่อทำแผนที่ประวัติวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิต สำหรับผู้ที่สงสัยว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงแม่นยำมากเมื่อพวกเขาให้การประมาณว่าเหตุการณ์ต่าง ๆ ในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการเกิดขึ้นคำตอบนั้นอยู่ในวิวัฒนาการของโมเลกุล
สาขาวิทยาศาสตร์นี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเป็นค่าคงที่ ในแต่ละรุ่นสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยและอัตราการเปลี่ยนแปลงมีแนวโน้มที่จะคงที่และเชื่อถือได้ การใช้ข้อมูลนี้ผู้คนสามารถเปรียบเทียบข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างสปีชีส์ต่าง ๆ และกำหนดเวลาที่พวกมันแยกจากกันโดยการตรวจสอบระดับความเหมือนและความแตกต่างกัน นักวิจัยยังสามารถใช้ข้อมูลนี้เพื่อสร้างเส้นเวลาวิวัฒนาการ
ตัวอย่างเช่นหากตรวจสอบ DNA ของแมวและ DNA ของนกจะมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญซึ่งบ่งชี้ว่าทั้งสองสายพันธุ์แยกกันมานานแล้ว ในทางตรงกันข้ามแมวและหนูอาจมีความคล้ายคลึงกันมากขึ้นแสดงให้เห็นว่าบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุด โมเลกุลสายวิวัฒนาการสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างต้นไม้สายวิวัฒนาการซึ่งบรรพบุรุษร่วมกันจะแสดงเป็นรากและกิ่งก้านอธิบาย diverges ที่เกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
การตรวจสอบสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตสามารถเปิดเผยข้อมูลที่น่าสนใจเกี่ยวกับบรรพบุรุษร่วมกันและเมื่อสิ่งมีชีวิตแตกต่างจากบรรพบุรุษทั่วไปของพวกเขา ยกตัวอย่างเช่นมนุษย์ดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับลิงใหญ่ แต่พวกเขาก็มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับลิงบางกว่าคนอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่ามนุษย์และเผ่าพันธุ์ลิงแยกจากบรรพบุรุษร่วมกันในจุดต่าง ๆ การใช้ข้อมูลเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องและอัตราการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่รู้จักกันนักวิจัยสามารถวางเมื่อความแตกต่างหลากหลายจากบรรพบุรุษร่วมกันเกิดขึ้น
สายวิวัฒนาการโมเลกุลไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมวิวัฒนาการเกิดขึ้น แต่สามารถใช้เพื่อติดตามเส้นทางของวิวัฒนาการเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับประวัติชีวิตบนโลก นักวิจัยให้ความสนใจในหัวข้อเช่นสาเหตุที่สิ่งมีชีวิตหลายชนิดสูญพันธุ์ความกดดันชนิดใดที่ผลักดันให้เกิดวิวัฒนาการในผู้อื่นและการที่สิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นในตอนแรกสามารถใช้โมเลกุลวิวัฒนาการด้านพลังงานเป็นส่วนหนึ่งของกล่องเครื่องมือรวบรวมข้อมูล
นักวิจัยหลายคนได้รับเครดิตด้วยข้อความที่วิ่งไปตามแนว“ ไม่มีอะไรเกี่ยวกับชีวิตบนโลกที่เหมาะสมโดยปราศจากการวิวัฒนาการ” โดยอ้างอิงความซับซ้อนของชีวิตบนโลกประวัติศาสตร์ที่ชัดเจนที่พบในบันทึกซากดึกดำบรรพ์และประวัติศาสตร์ที่พบใน ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตจากเห็ดเม่นไปจนถึงปลาวาฬสีน้ำเงิน โมเลกุลสายวิวัฒนาการถูกนำมาใช้เพื่อแก้ให้หายยุ่งเว็บที่ซับซ้อนของการวิวัฒนาการเพื่อให้การวิวัฒนาการทำให้รู้สึกถึงนักวิจัย
