При построении филогенетических рядов биологи-эволюционисты, помимо палеонтологических данных, широко используют сравнительный метод, с помощью которого они устанавливают сходство в строении организмов, их биохимических реакциях, особенностях размножения или иных свойствах, по которым можно судить о путях развития группы от общего предка.
Выделяют следующие характерные типы эволюционных изменений: параллелизм, конвергенция и дивергенция. Иногда один филогенетический ряд может содержать в себе примеры изменений различного типа.
Параллелизм. Два разных вида дикобраза эволюционируют независимо друг от друга в Африке и Южной Америке. Более 7 мил. лет назад, они обитали вместе, их общий предок был похож на большую покрытую шерстью крысу. Когда два континента разошлись, популяция разделилась на две части, каждая из которых развивалась независимо от другой. Но они очень близки по строению и образу.
Конвергенция. Когда два или более вида, не связанные близким родством, становятся похожими друг на друга. Так крупные водные хищники возникли в четырех совершенно разных группах: среди рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Их внешнее сходство возникло в процессе эволюционного развития под влиянием образа жизни и факторов внешней среды при совершенно разных исходных положениях организмов. Это сходство скрывает глубокие различия внутреннего строения и обмена веществ результат глубоких различий их эволюционной истории.
Гомология и аналогия. При параллельной и конвергентной эволюции сходство внешнего строения может быть результатом гомологии — происхождения от общего предка или аналогии — независимой эволюции тех систем органов, которые выполняют сходные функции. Так крылья у птиц и насекомых имеют разное происхождение - это пример аналогии. Гомологичные структуры уже в эмбриональный период развиваются по одинаковым генетическим программам. Аналогичные структуры, наоборот, выполняют одинаковые функции однако не имеют общего генетического базиса. Птицы и мухи летают в одной среде, но не имеют общего крылатого предка и путешествуют в эволюционной истории разными маршрутами.
Дивергенция. Эволюция или радиация: общий предок дал начало двум или большему количеству форм которые, в свою очередь, стали родоначальниками многих видов и родов. Так, класс млекопитающих распался на многочисленные отряды которые различаются по внешнему строению, особенностям экологии, по характеру физиологических и поведенческих адаптаций (насекомоядные, рукокрылые, лищные, китообразные и др.) .