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Man kann zunächst Methoden der molekularen Evolutionsforschung unterscheiden, die an Proteinen, und solche, die an Nucleinsäure ansetzen.
Die exaktesten Ergebnisse liefern in beiden Fällen Sequenzierungen. Andere Methoden bedienen sich ausgewählter homologer DNA-Abschnitte verschiedener Organismen. Je nach der Auswahl können dabei phylogenetische oder populationsgenetische Aussagen gemacht werden. Manche Methoden – z. B. der Genetische Fingerabdruck oder die Mikrosatelliten-PCR-Analyse – sind auch geeignet, um Unterschiede zwischen einzelnen Individuen herauszufinden (z. B. für Vaterschaftsnachweise oder in der Kriminalistik)