    广义的分子进化包括两个层次的含义。从生命发展史来看，在细胞生命出现之前的前生命的化学进化阶段，进化主要表现在分子层次上，即表现在生物分子的起源和进化上；换言之，从时序上说，分子进化是生物进化的初始阶段，故通常称为前生命的化学（分子）进化。从生命活动和组织结构方面看，在细胞生命出现之后，进化发生在生物分子、细胞、组织、器官、生物个体、种群等各个组织层次上，分子进化是发生在生物分子层次上的进化；换言之，分子进化是生物进化层次中最基础层次上的进化。通常所称的分子进化是指狭义的分子进化，仅包括后一方面的内容。
    二十世纪50年代以前，人们主要是用古生物学、分类学、胚胎发生学、比较解剖学、生物地理学、生理学和遗传学等方面的知识来证明生物进化的事实。二十世纪50年代以后，随着分子生物学和分子遗传学的兴起，检测生物DNA分子的核苷酸序列和各种多肽的氨基酸序列等技术得到了普及，生物学家开始从分子水平研究生物进化的原因和机制，并取得了显著的进展。
    在分子水平上，进化过程涉及在DNA中发生插入、缺失、倒位、核苷酸替换等变异。如果发生变异的DNA片段编码某种多肽，那么这类变异就可能使多肽链中氨基酸序列发生变化。在长期的进化过程中，这些变异就会被积累起来，形成与其祖先存在很大差异的分子。因此，在核酸和蛋白质分子组成的序列中，蕴藏着大量生物进化的遗传信息。在不同物种间，从相应的核酸和蛋白质组成成分的差异上，可以估测它们之间的亲缘关系。凡彼此间所具有的核苷酸或氨基酸愈相似，则表示其亲缘关系愈接近；反之，其亲缘关系就愈疏远。根据各种生物间在分子水平上的进化关系，可以建立分子进化的系统树(phylogenetic tree)。
    进化的分子钟(molecular clock)，是指将分子系统学研究与古生物学资料相结合而建立起来的用于推论生命史上进化事件发生的时间表。正如前面所述，分子进化速率是相对恒定的，分子进化改变量（替换数或替换百分率）与分子进化时间成正比，因此可根据已知资料获得分子进化改变量——进化时间的对应曲线，并用它来推知未知进化事件发生的可能时间。通常用分子钟来推知两个物种在进化历程中发生歧变的时间。建立分子钟的步骤如下：1、选择所要比较的生物大分子种类：根据具体的研究目的和已掌握的资料，选择进化速率相对恒定、速率大小合适、在要比较的所有物种中都存在的生物大分子。2、选择所要比较的物种，确定各个比较组合及其所代表的进化事件。3、获得（查询资料或直接测序）所要比较的物种的生物大分子一级结构的资料；从古生物学和地质年代学资料中获得每一个比较组合所代表的进化事件发生的地质时间的数据。4、以大分子一级结构的差异量为纵坐标，以地质时间为横坐标，将上述各个比较组合的大分子差异量和所代表的进化事件发生时间对应地标在坐标中，并通过统计学分析方法建立一条相关的曲线（或直线），这就是大分子进化速率曲线（或直线）。5、利用大分子进化速率曲线，可以推断未知的进化事件发生的大致时间。
