Bakteriden insana her canlının hücrelerinde DNA bulunmaktadır. Temel hücresel fonksiyonları yerine getiren belirli genler ise bu canlıların hepsinde ortaktır ve moleküler seviyede karşılaştırma için kullanılabilir. Bu genler üzerinde seçilen belirteç bölgelerin genetik uzaklıkları incelenerek tür tespiti yapılabilmekte, ayrıca birey, popülasyon ve tür seviyelerinde filogenetik ve evrimsel ilişkilere dair bilgi edinilebilmektedir. Bugün moleküler tür tespiti için en çok tercih edilen yöntem olan DNA barkodlama, hayvan ve bitkiler için evrensel belirteç bölgelerin seçilmesi temeline dayanmakta ve bilimsel sınıflandırma alanına da önemli katkılar sunmaktadır.

Canlıların yumurta, sperm, mukus, tükürük, dışkı, kan ve diğer salgıları veya ölü hücreleri ortamda küçük miktarlarda da olsa DNA parçaları bırakmaktadır. Gelişen DNA dizileme teknolojileri sayesinde bu parçacıkların tespit edilebilmesi temeline dayanan çevresel DNA (environmental DNA; eDNA) metabarkodlama yöntemleri, biyoçeşitlilik ve biyokütle çalışmaları, tür dağılımları ve komünite kompozisyonlarının belirlenmesi, tehlike altındaki veya istilacı türlerin tespiti, hastalığa yol açan organizmaların belirlenmesi gibi çeşitli alanlarda gün geçtikçe artan bir hızla kullanılmaktadır.

Evrimsel biyolojinin bir dalı olan moleküler ekoloji, türlerin kökenleri veya bugünkü durumlarının ekolojik temellerini incelemek için filogenetik, popülasyon genetiği ve genomik yöntemlerin kullanılmasına dayanmaktadır. Organizmaların karmaşık çevre koşullarına adaptasyonundaki genetik temellerin belirlenmesi ve gen akışı, göç ve hibridizasyon gibi mekanizmaların daha iyi anlaşılmasını sağlaması sebebi ile koruma biyolojisi ile yakından ilişkilidir.

Moleküler evrim çalışmaları, mutasyon ve rekombinasyon ile DNA’da oluşan değişikliklerin genetik sürüklenme ve doğal seçilim ile kalıtımını incelemektedir. Çoğunlukla üreme hızı yüksek canlılar üzerinde yapılan çalışmalarla evrim mekanizmalarının anlaşılmasını sağlar.

İleri derecede hasar görmüş doku veya biyolojik materyallerden elde edilen DNA “antik DNA” olarak adlandırılmaktadır. Özellikle son yıllarda insan evrimi çalışmalarında en çok başvurulan yöntemlerden biri olmakla birlikte diğer canlıların fosil ve kalıntılarından da izole edilebilmektedir. Bu sayede tür tespiti, dağılımı veya evrimi gibi konularda da önemli bilgiler sunarak paleoekoloji ve genetik arasında bir köprü oluşturur.