Az evolúció egyik legfontosabb alapelve, hogy egy élőlény jellegei csaknem mindig őseik jellegeinek módosulásával jöttek létre; nem alakulnak ki de novo, a semmiből. A madarak, denevérek, Pterodactylusok szárnyai módosult mellső végtagok (sohasem a vállakból nőnek ki, mint az angyalszárnyak, a vállcsontok ezek szerint mindig is alkalmatlanok voltak az ilyen irányú fejlődésre), az emlősök középfülének csontjai a hüllők állkapocs csontjaiból fejlődtek ki. Hasonló elvekre derült fény a fehérjék evolúciójánál is, itt ősi fehérjék módosulásával alakultak ki az új funkcióval bíró utódfehérjék. Más szavakkal: a rokon élőlényeknek homológ jellegeik vannak, amely továbböröklődött, sokszor módosult formában, a közös őstől. Két vagy több taxon tulajdonságai akkor homológok, ha legközelebbi közös ősüknek ugyanabból az ismertetőjegyéből származnak. A homológ jellegeknek sokszor hasonló genetikai és fejlődési alapjai vannak, bár ezek az alapok sokszor jelentős divergencián estek át a fajok között. A homológia nem bizonyítható, csak kikövetkeztethető, sokszor nehéz megállapítani. Ehhez vizsgálandó:

Homológia oka: közös őstől részleges öröklődés, ezért elvileg bármely örökletes jellemzőben megfigyelhető, nem csak strukturálisan, de kétségtelen, hogy a helyzet és struktúra megfelelése a legkézenfekvőbb homológia-kritériumok.

Maga a jelleg lehet homológ a fajok között (pl. lábujjak), míg a jelleg állapota (character state) nem az (pl. a lábujjak száma): Az öt lábujjú állapot homológ az ember és a krokodilok között (közös ősüktől kezdve öt ujj volt jelen a két vonalon), de nem homológ az orrszarvúak és tengerimalacok háromujjú állapota, mert függetlenül fejlődtek ki ötujjú ősökből.

A forma és a funkció megfelelése nem megfelelő homológia-kritériumok: gondoljunk a madárszárnyra és az emberi kézre. Az embriológiai kutatások sokszor fontosak a homológiák felderítésében: a mellső végtagok morfológiája pl. sok módosuláson eshet át a későbbi fejlődésben, és a hasonló szerkezet már nem látható. A homológia legszebb bizonyítéka azonban, ha a – más jellegek alapján felvázolt -- filogenetikai fán kimutatható, hogy az adott jelleget mindkét faj közös ősétől örökölte.