Эволюционный процесс необратим, организм не может вернуться к состоянию, имевшему место в ряду его предков. Естественный отбор постоянно совершенствует приспособления, перестраивает фенотип и генотип организма в соответствии с условиями среды. Трудно представить, что эти изменения могут идти в обратном направлении. Даже в этом гипотетическом случае вид не может вернуться к исходному состоянию предков, так как его изменения и приспособления будут осуществляться уже на новой генетической основе. Ч. Дарвин утверждал, что «вид, раз исчезнувший, никогда не может появиться вновь, если даже повторятся тождественные условия жизни». Пресмыкающиеся не могут дать начало примитивным земноводным, от которых они произошли, а земноводные – рыбам.
Правило необратимости эволюции распространяется на организм как на целостную систему, но не на отдельные признаки. Например, киты, вернувшись к жизни в воде, не эволюционируют в рыб. Вместе с тем отдельные признаки далёких предков могут появиться у них в результате обратных мутаций.