Homologija je biološki koncept koji opisuje sličnosti između vrsta koje proizlaze iz zajedničkog podrijetla. To je središnja ideja u proučavanju evolucije jer odražava grananje filogenetskog stabla. Općenito govoreći, ako dvije vrste dijele mnoga svojstva i gene, vjerojatno će se odvojiti jedna od druge – tj. specificirati – relativno nedavno u evolucijskom vremenu.
Svi su organizmi povezani s drugim organizmima evolucijom od malog broja zajedničkih predaka. Posljedično, u biološkom svijetu obiluju homologije. Oksidativna fosforilacija, proces korištenja oksidacije za proizvodnju adenozin trifosfata, gotovo je univerzalna biološka homologija. Proces su koristili najraniji organizmi, a kasniji razvoj evolucije ga je modificirao, ali ne i zamijenio.
Nasuprot tome, mozak se ne pojavljuje u svakom organizmu. One su obilježje koje pripada samo životinjama. Nemaju sve životinje mozak, ali većina ih ima. Bez obzira na to posjeduje li neka vrsta mozak ili ne, daje jasan pokazatelj njezine pozicije u evolucijskom stablu. Neki organizmi, koji su od ovog trenutka prošli manje promjena, imaju mozak koji je sličan najranijim. Međutim, važno je zapamtiti da su ti organizmi preživjeli i promijenili se tijekom isto toliko evolucijskog vremena kao i oni kompliciraniji.
Homologija se često raspravlja za razliku od analogije. Nije svaka sličnost između dvaju organizama rezultat zajedničkog evolucijskog porijekla. Ako se dvije vrste nađu u okruženju pogodnom za određenu prilagodbu, ova prilagodba može se pojaviti neovisno u obje vrste. Na primjer, oposumi su razvili suprotne palčeve neovisno od primata. Ovaj ishod nije previše iznenađujući, budući da su suprotni palci korisni. Međutim, budući da je evolucija nepredvidiva i kaotična, analogija je mnogo rjeđa od homologije.
Proučavanje genetike pročistilo je koncept homologije s izravnom usporedbom između sekvenci DNK. Prije nego što je bilo moguće izravno čitati genetske informacije, znanstvenici su morali nagađati o homologiji – i taksonomiji općenito – na temelju fizioloških opažanja. Sada, relativna sličnost alela pronađenih u različitim organizmima može pružiti jake dokaze o njihovoj evolucijskoj srodnosti. Neizvjesnost o tome je li zajedničko svojstvo homologno ili analogno može se u potpunosti riješiti ispitivanjem DNK; statistički, određena razina sličnosti između sekvenci nije se mogla pojaviti sama od sebe.
Genetika je također stvorila potrebu za potklasifikacijama unutar koncepta homologije. Ortologija se odnosi na sličnosti gena koje proizlaze iz specijacije. Paralogija opisuje homologije između gena koje su rezultat dupliciranja unutar genoma jednog organizma. Ksenolgija je postojanje homologije koja je rezultat lateralnog prijenosa gena: genetski materijal koji se prenosi virusom ili znanstvenicima, na primjer. Postojanje ksenolognih homologija komplicira ideju savršeno jednosmjernog grananja evolucijskog stabla.