多重序列比对（Multiple sequence alignment；MSA）是对三个以上的生物学序列（biological sequence），如蛋白质序列、DNA序列或RNA序列所作的序列比对。一般来说，是输入一组假定拥有演化关系的序列。

从MSA的结果可推导出序列的同源性，而种系发生关系也可引导出这些序列共同的演化始祖。如图1所示，视觉化叙述可描绘出各种突变事件，例如：点突变的单格变化、删除突变与插入突变等等。MSA常用来研究序列的保守性（conservation），或是蛋白质结构域的三级结构与二级结构，甚至是个别的氨基酸或核苷酸。

支序分类学（英语：Cladistics）又称亲缘分支分类学，是一种生物分类的哲学，其指只依据演化树分支的顺序，而不参考形态上的相似性来排列物种。此一学派的主要贡献者一般认为是德国昆虫学家威利·汉宁根，他称此为种系发生系统学。

分支研究的最终结果是由被称之为“分支图”的树状关系图来描绘出其假定的关系。现代的系统学研究会收集各方面的资料，包括DNA序列、生化数据和形态学上的数据等。

在一个“分支图”中，所有的生物体都如同一片树叶，且每个内节点理想上都是二元（有两条分歧）的，在此一分歧点两端的分类群即称为“旁系分类群”或“旁系群”。每一枝干，不论其包含了上万种类别或只有一种类别，都被称做是一个分支。一个自然的类群应该会有包含在任一分支里的所有生物体，这个分支会有着属于此一分支的唯一祖先（一个不会是此一分支外的其他生命体的祖先）。每一分支都会有一些只共同出现在分支内每一个成员上，而不会出现在其他生命体上的特征。这些特征称之为衍征。例如，坚硬的前翅（鞘翅）是鞘翅目的衍征，而幼叶卷叠式－由卷曲的幼芽舒展成叶子则是蕨类植物的衍征。

分支分类分析必须收集信息，并区分什么是“一般特征”什么是“特殊性状”。在以前，研究者必须区分哪些特殊性状是共同祖先以前具有的（祖征），哪些是共同祖先单独具有的特征（共源性状），要和分支以外的种群比较，只有共源性状才能用来确定一个分支。

要确定一个分支，必须有足够大量的共源性状，才能说明这种特征不是由于共同的祖征，不是由于趋同进化造成的同形相似（因为生活在同一环境，而不是因为有同一祖先造成的相似特征）。例如鸟类和昆虫有生活在相似的环境中都具有的翅膀（共同的特征），但却是沿着不同的进化路线发展的，如果将它们放到一个分支内就是错误的。

共源特征确定后，要依照简约化的原理确定之间的关系（也是一种奥卡姆剃刀原理），另外也主要也依照分子进化理论，选取最接近的分支。

现代不太容易出现由于研究者自身造成的偏差，因为一般分析都使用计算机软件，有各种复杂的软件可以用来分析和计算分支。

现代DNA系列的测定已经比较容易，种系发生学得到分子数据的支持。计算机系统可以处理大量的数据，能精确筛选出真正的共源特征数据。更为有效的方法是利用染色体中的反转座子记号。最理想的是将形态学、分子生物学、以及行为生态等种系发生学的信息结合起来，没有一种方法是完全完美的。所有的方法都有自己的误差，在形态学中经常发生趋同进化的错误，但在分子生物学中却经常有和外在特征冲突的现象，分子数据虽然比利用化石数据更精确，但也充满误差。各种方法的比较和结合，才能得到更好的结果。

亲缘分支理论并不能取代所有的进化理论，只是对现有的知识进行一些修正。这种理论也可以使用到生物学以外的领域，已经应用到历史语言学中确定语言的族属分类，和古代文献考订中确定文献派生情况等。

自从1960年代以来，生物界出现倾向用亲缘分支分类法的“分支主义”，他们主张取消所有非分支的分类系统。但其他分类学家认为虽然种系发生学要应用亲缘分支的技术，但分类仍然有使用传统的门类的必要，两种分类法都应该存在，因为不仅存在单源种系，也有同源种系。

单源种系可以应用分支，全体种系都是从一个祖先派生出来的。同源种系虽然意义相同，但其中一部分种群有独立的进化道路，产生很大的区别。例如鸟类和爬行类具有同一祖先，但进化道路相当不同。脊椎动物和无脊椎动物也是从共同祖先演化来的，但不能分到同一类中。

此外还有多源种系，例如以前分到一类“厚皮类”中的动物象和犀牛并不是来源于同一祖先，而是各自由不同的薄皮祖先进化来的。演化分类学者认为多源在分类学中是错误的，如同将趋同演化的动物或同形的动物分到一类中一样。

分支学者认为同源种系和多源种系是一样错误的，单系群是依据共源性状，可以将各种群进行客观地分类。而同源和多源是依据外观特征，容易造成主观的错误。但其他学者认为分支法将种群分类从“低级”向“高级”分类，容易导致目的论，目的论是在演化研究中应该避免的。

分支学者认为传统的分类方法人为地将物种分成不同的层次，不能真正代表物种演化的实际情况，因此应该放弃林奈的分类法，全部使用简单的亲缘分支层次。

而其他有不同意见的学者认为所有的分类方法都是人为的，都有主观因素在内，所有物种都是在持续不断地演化，任何分类划分都是人为制造前半部单一起源，后半部同源发展，在树形结构的早期就应用同源分类是必要的。例如发展成为灵长类的早期脊椎动物不能放到任何单源分支中。他们还认为同源分类提供了生物形态、生态即生命演化历史中重要变化的信息。也就是说传统分类和分支分类都很有价值，但在不同方面是为不同目的而起作用。

系统发生学（希腊语：φυλογένεση，希腊语：φύλο，现代希腊语：fílo- 种系，性别和γεννήση，现代希腊语：jénnissi- 新生，诞生。英语：Phylogenetics，又称系统发育学，简称为谱系学）是指在地球历史发展过程中生物种系的发生和发展。

这个概念不单止用于动物种系的发生与发展，还会用在系统学各个层面的分类单元上面。它也会被用到某一特征的在生物发育过程中的进化这一方面。

系统发生学的研究是通过以下的手段实现的：

通过这些数据，人们就可以为生物建立一棵系统发生学树（演化树），其中描述了各个物种之间可能有的亲缘关系。

系统发生学研究的最大困难是，系统发生学的进化过程是不能被直接通过观察和实验被证实的。所以各个方面的证据都要被综合起来分析。由于对这些证据的侧重不同，会经常造成有多个不同的演化树版本，例如原口类动物的几个门究竟是归到蜕皮动物（来自遗传学方面的证据）还是触手动物（形态学方面的证据）。

特征分为同源和同功两种。

同源特征证实了物种间的亲缘关系，是重构进化树的有力手段。同源现象在生物学中可以进一步分为直系同源（直系同源是指在不同物种中的某一基因来自同一祖先）和旁系同源（种系间的基因复制） 。