Jeden z radykalnych sposobów określenia daty pochodzenia skamieniałych szczątków opiera się na założeniu, że w organizmach żywych, w wyniku odżywiania się, odkładają się izotopy radioaktywne (odmiany chemicznej) takich pierwiastków, jak węgiel i potas. Gdy organizm umiera, akumulacja ustaje, a izotop powoli przekształca się w inny pierwiastek, w izotop azotu i argonu. Ponieważ znany jest czas, w którym zachodzi ta przemiana – porównując pozostały osad z jego ilością znajdującą się w kościach – można określić datę skamielin.
Niezależnie od tego istnieją też metody chemiczne i geologiczne.
Aby objaśnić znaczenie kopalnych dowodów historii Ziemi, trzeba określić najpierw wiek skał kryjących w sobie skamieniałości. Najważniejszą metodą używaną do pomiarów czasu geologicznego jest metoda zegara izotopowego. Dokładne określenie wieku jest możliwe dzięki izotopom promieniotwórczym (radioizotopom). Izotopy promieniotwórcze
Aby była możliwa interpretacja procesów ewolucyjnych, warstwy osadowe zawierające skamieniałości muszą być ułożone w porządku chronologicznym. W skałach osadowych poszczególne warstwy, jeśli nic nie zakłóciło ich prawidłowego rozmieszczenia, są ułożone w kolejności ich odkładania się, tzn. warstwa młodsza położona jest na starszej. Jednakże po pierwotnym uformowaniu się skał mogły nastąpić zdarzenia geologiczne, które zmieniły kolejność ułożenia warstw. W takiej sytuacji geologowie, posługując się specjalnymi metodami, muszą ustalić w porządku chronologicznym kolejność warstw i zawartych w nich skamieniałości oraz zidentyfikować porównywalne warstwy w bardzo odległych od siebie miejscach.
Pośrednie ślady wspólnego pochodzenia organizmów są zawarte w używanym powszechnie systemie klasyfikacyjnym świata żywego. Pierwszy sformalizowany porządek stworzył w połowie XVIII w. szwedzki uczony Linneusz. Jego system oparty był na morfologicznym podobieństwie, nie uwzględniał jednak pokrewieństwa pomiędzy poszczególnymi rodzajami i gatunkami roślin i zwierząt. Dopiero teoria Darwina pozwoliła na uwzględnienie pokrewieństwa w opisywaniu gatunków. Od czasów Darwina przyjęto zasadę, ze system katalogowania musi być oparty na filogenezie – swoistym drzewie rodowym obrazującym hipotetyczny przebieg ewolucji. Do zrekonstruowania drzewa filogenetycznego zastosowano sekwencje DNA.
Celem, jaki stawia sobie taksonomia, jest uporządkowanie wielkiej liczby różnorodnych gatunków w naturalnym systemie klasyfikacyjnym, którego podstawą są podobieństwa między nimi. Taksonomia ukazuje nam istnienie wspólnych elementów w planie budowy różnych form żywych. Chodzi tu nie tylko o wygląd zewnętrzny, ale i o takie cechy jak symetria ciała, typ rozwoju zarodkowego, sposób rozmnażania się i właściwości fizjologiczne. Im bardziej odległe są od siebie w systemie klasyfikacyjnym formy, tym bardziej ogólne są ich wspólne elementy. Natomiast przechodząc od wielkich do coraz mniejszych jednostek systematycznych widzimy wśród należących do nich organizmów podobieństwa w coraz drobniejszych cechach. Porównanie budowy owadów i budowy kręgowców pozwala wnioskować, że wewnątrz każdej z tych grup organizmy pochodzą prawdopodobnie od wspólnego przodka.
U organizmów żywych wspólny plan budowy mają narządy używane często do zupełnie innych celów. Np. u kręgowców (płetwa wieloryba, skrzydło ptaka, przednia kończyna konia i ręka ludzka) pełnią różne funkcje, a jednak są zbudowane z tych samych elementów (czasami nieco względem siebie przekształconych). Takie narządy, które mimo różnego często wyglądu zewnętrznego mają wspólne pochodzenie, nazywamy homologicznymi. Ustalenie homologii w budowie jest podstawowym i najważniejszym kryterium zaliczenia organizmu do jakiejś grupy systematycznej. Różnice w wyglądzie narządów homologicznych są świadectwem przystosowań do różnych warunków środowiska. Wspólny plan budowy jest z kolei świadectwem pokrewieństwa genetycznego i wspólnego pochodzenia. Im więcej elementów podobnych wykazują dwa porównywane narządy, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że powstały one w wyniku niezależnej ewolucji, tj., że są analogami (podobieństwami pozornymi), a nie homologami.
Również obecność narządów szczątkowych, które u jednych organizmów są w zaniku i nie pełnią żądnych istotnych dla życia funkcji (np. wyrostek robaczkowy, mięśnie uszne i kość ogonowa u człowieka lub szczątkowe kości pasa biodrowego u węży i wielorybów), u innych natomiast, pokrewnych gatunków są normalnie rozwinięte i niezbędne do funkcjonowania (np. wyrostek robaczkowy królika służący do przetrzymywania mieszaniny zmacerowanego pokarmu i enzymów trawiennych), dowodzą o ewolucji. Obecność narządów szczątkowych byłaby zupełnie niewytłumaczalna, gdyby formy organizmów istniały niezmiennie w czasie – byłyby stworzone od razu w dzisiejszej wysoce przystosowanej do warunków postaci. Jeżeli miała miejsce ewolucja form, występowanie narządów szczątkowych jest całkowicie zrozumiałe: węże powstały ewolucyjnie z gadów mających nogi, a człowiek ewoluował od form roślinożernych i mających ogon.
Ważnych danych o wspólnym pochodzeniu organizmów dostarcza embriologia. Porównanie zarodków wskazuje na to, że wczesne stadia rozwojowe organizmów odznaczają się u pokrewnych grup znacznie większymi prawdopodobieństwami niż stadia późniejsze. Zdarza się, że cechy charakterystyczne dla pewnych grup systematycznych mogą przejściowo pojawiać się w rozwoju zarodkowym organizmów z innych grup systematycznych. Np. ssaki w pewnym stadium rozwoju embrionalnego maja pochewki i łuki skrzelowe, które następnie ulegają przekształceniu w typowe elementy ciała ssaka, jak trąbka Eustachiusza, fragmenty nagłośni i krtani, grasica i gruczoły przytarczycowe. Znane są liczne tego rodzaju przejściowe stadia embrionalne. Trudno byłoby je wytłumaczyć bez założenia, że różne dziś formy organizmów miały kiedyś wspólnych przodków.
Jednym z najbardziej przekonywujących argumentów na rzecz wspólnego pochodzenia form żywych jest identyczność budowy podstawowych makrocząsteczek biologicznych. Od bakterii aż po człowieka białka są zbudowane z takich samych aminokwasów, kwasy nukleinowe – z takich samych nukleotydów. Wszędzie obowiązuje ten sam uniwersalny kod trójkowy, służący do zapisu liniowego porządku aminokwasów w białku za pomocą sekwencji zasad kwasów nukleinowych. Wszędzie też obowiązuje taki sam wzór semikonserwatywnej replikacji DNA. Podobieństwo biochemiczne rozciąga się również na inne związki i procesy. Większość komórek zawiera podobny typ związków w swoich błonach, wykorzystuje glukozę, ma cykl kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa) i cytochromy. Mitochondria we wszystkich komórkach eukariotycznych są identycznie zbudowane i pełnią te same funkcje. W komórkach eukariotycznych identyczny lub bardzo podobny jest mechanizm mitozy (rozdział chromosomów w czasie podziału komórkowego) związany z biochemicznymi cechami tubuliny – uniwersalnie występującego białka, którego cząsteczki są zdolne do polimeryzacji i depolimeryzacji.