Sistemes taxonòmics
La taxonomia, la ciència de classificar els organismes, es basa en la filogenia. Els primers sistemes taxonòmics no tenien bases teòriques; els organismes es van agrupar segons aparent semblança. Tanmateix, des de la publicació del 1859 sobre L'origen de les espècies per mitjans de selecció natural de Charles Darwin, la taxonomia s'ha basat en les proposicions acceptades de descendència i relació evolutives.
Les dades i conclusions de la filogenia mostren clarament que l’arbre de la vida és el producte d’un procés històric d’evolució i que els graus de semblança dins i entre grups corresponen als graus de relació per descendència dels avantpassats comuns. Una filogenia totalment desenvolupada és essencial per a l’elaboració d’una taxonomia que reflecteixi les relacions naturals dins del món dels éssers vius.
Evidència de filogenies específiques
Els biòlegs que postulen filogenies provenen de la seva evidència més útil dels camps de la paleontologia, l’anatomia comparativa, l’embriologia comparativa i la genètica molecular. També són útils els estudis de l'estructura molecular dels gens i de la distribució geogràfica de la flora i la fauna. El registre fòssil s’utilitza sovint per determinar la filogenia de grups que contenen parts dures del cos; també s'utilitza per datar els temps de divergència d'espècies en filogenies que s'han construït a partir de l'evidència molecular.
La majoria de les dades utilitzades per fer judicis filogenètics provenen d’anatomia comparativa i d’embriologia, tot i que aquestes són superades ràpidament per sistemes construïts mitjançant dades moleculars. En comparar trets comuns a diferents espècies, els anatomistes intenten distingir entre homologies, o similituds heretades d’un avantpassat comú, i analogies, o similituds que sorgeixen en resposta a hàbits i condicions de vida similars.
Les investigacions bioquímiques realitzades a la darrera meitat del XX i la primera part del segle XXI van aportar dades valuoses en estudis filogenètics. Comptant les diferències en la seqüència d’unitats que formen molècules de proteïna i àcid desoxiribonucleic (ADN), els investigadors han ideat una eina per mesurar el grau en què les diferents espècies s’han divergit des de l’evolució d’un avantpassat comú. Com que l’ADN mitocondrial té taxes de mutació molt altes en comparació amb l’ADN nuclear, ha estat útil per establir relacions entre grups que s’han divergit recentment. Essencialment, l’aplicació de la genètica molecular a la sistemàtica és similar a l’ús dels radioisòtops en la datació geològica: les molècules canvien a diferents ritmes, amb algunes, com ara l’ADN mitocondrial, que evoluciona ràpidament i d’altres, com l’ARN ribosòmic, evolucionen lentament. Un supòsit important aleshores en l'ús de molècules per a la reconstrucció de la filogenia és seleccionar el gen adequat per a l'edat del tàxon estudiat.
