Dowody na ewolucję z dziedziny anatomii porównawczej

Anatomia porównawcza zajmuje się jak sama nazwa wskazuje porównywaniem narządów, układów, a niekiedy i całych organizmów.
Narządy szczątkowe są to pozostałości narządów, które u przodków były rozwinięte a uległy uwstecznieniu, ponieważ przestały być potrzebne. Na przykład człowiek ma szczątkowy szkielet ogona (kość ogonowa) – pozostałość narządu, który występuje u wielu ssaków naczelnych, a u małp Nowego Świata jest chwytny, co ułatwia tym zwierzętom poruszanie się w koronach drzew. Wyrostek robaczkowy człowieka ma niewielkie rozmiary i nie pełni żadnej ważniejszej funkcji, natomiast u wielu ssaków roślinożernych jest duży, gdyż zachodzi w nim trawienie celulozy. Innymi narządami są na przykład zęby mądrości, trzecia powieka (migotka) u człowieka, metameryczne mięśnie brzucha, włosy na skórze słoni, a także ogólne owłosienie ciała. Wymienione narządy były u przodków bardzo dobrze rozwinięte. Teraz są zredukowane i często bezużyteczne.
Ślady po zredukowanych narządach pojawiają się także w trakcie ontogenezy organizmów zwierzęcych. Na przykład u kręgowców lądowych, w tym u człowieka, w pewnym okresie życia zarodka występują szczeliny skrzelowe, które później zarastają. Początkowe etapy rozwoju zarodkowego zwierząt są podobne, co świadczy o wspólnym pochodzeniu organizmów.
Dużą rolę w odtwarzaniu przebiegu ewolucji odgrywa analiza podobieństw i różnic w budowie narządów lub organów. Przystosowując się do odmiennych warunków środowiska, organizmy zyskały nowe aplikacje, wskutek czego zmieniła się budowa ich ciał. Narządy o podobnym pochodzeniu uzyskiwały nowe funkcje i formy, ale zwykle zachowały ogólny plan budowy, dzięki temu można ustalić ich ewolucyjną tożsamość, czyli homologię. Do grupy homologicznej należą na przykład aparaty gębowe owadów (liżący, liżąco - ssący, ...), ich odnóża (skoczne, grzebne, pływne, ...), a także zmodyfikowane liście roślin (liść spichrzowy cebuli, liść dębu, wąsy grochu, ...). Przykładem homologicznych narządów mogą być również łuski rogowe gadów, pióra ptaków, a także kończyny kręgowców, które pod wpływem odmiennego trybu życia zmieniły swój wygląd zewnętrzny (płetwa wieloryba, lotna kończyna nietoperza, u ssaków kończyny kroczne, chwytne, grzebne, skrzydła ptaków ,...). Narządami homologicznymi są np. kończyny kręgowców. Budowa ich szkieletów wskazuje jednoznacznie na wspólne pochodzenie tych organizmów, mimo, że na zewnątrz kończyny te znacznie się różnią. Odmienna budowa kończyn kręgowców jest dobrym przykładem dywergencji, czyli ewolucji rozbieżnej – rozejście się linii filogenetycznych, a następnie silnego zróżnicowania się budowy ciała, w wyniku czego potomkowie odbiegają od siebie wyglądem.
Przeciwieństwem narządów homologicznych są narządy analogiczne, które mają odmienne pochodzenie, różny plan budowy, a jednak często są zewnętrznie podobne i odpowiadają sobie czynnościowo. Do takich narządów należą między innymi płuca kręgowców lądowych, ślimaków płucodysznych i pajęczaków, skrzydła ptaków i owadów, odnóża owadów i kończyny kręgowców, wąs czepny grochu - zmodyfikowany liść - i winobluszcz - zmodyfikowany pęd. Niekiedy zdarza się jednak tak, że analogia dotyczy całego organizmu. Wynika to nie ze spokrewnienia organizmów, lecz z przebywania w tych samych warunkach środowiskowych. Zjawisko to nosi nazwę konwergacji, przykładem jest choćby białe ubarwienie zwierząt polarnych, opływowy kształt ciała ryby, foki czy wieloryba, a także budowa morfologiczna kaktusa i wilkomleczu.