In genere la ricostruzione filogenetica, che misura la distanza tra specie diverse, viene rappresentata graficamente da un cladrogramma (o da schemi derivati da cladrogrammi). Il cladrogramma è infatti la rappresentazione grafica della derivazione di un certo numero di taxa attuali da taxa ancestrali.
La migliore sorgente di informazione attualmente disponibile per le ricostruzioni filogenetiche è la diversità molecolare, basata sull’assunzione che nel corso dell’evoluzione, il DNA di ogni specie accumuli una serie di mutazioni casuali. Poiché la maggior parte di tali mutazioni non ha conseguenze sul fenotipo, queste risultano neutrali, vale a dire non vanno incontro a selezione naturale. Ciò significa che due diverse popolazioni accumulano nel tempo mutazioni diverse, che rendono sempre più divergenti i loro genomi con il trascorrere del tempo. Ne consegue che più numerose sono le differenze nella sequenza del DNA di due specie, più lungo è il tempo che verosimilmente è trascorso dal momento in cui tali specie si sono separate.
In genere vengono paragonate sequenze omologhe, vale a dire tratti di DNA che occupano la stessa posizione cui cromosomi e/o che codificano per proteine che hanno funzione simile. Tuttavia porzioni diverse del genoma evolvono con velocità diverse, per cui per paragonare specie relativamente vicine sarà opportune analizzare sequenze che presentano un alto tasso di mutazioni (in grado di informare su divergenze avvenute in tempi brevi), mentre per paragonare specie molto distanti sarà meglio ricorrere a sequenze altamente conservate (ad esempio la filogenesi dei batteri si basa sull’analisi dell’RNA ribosomiale, che muta molto lentamente).
La filogenesi molecolare offre l’enorme vantaggio di poter paragonare anche organismi molto diversi, tra i quali non si riconoscono caratteri morfologici facilmente assimilabili (come ad esempio uomo, ricci di mare ed insetti). Tra tutti gli organismi esistono infatti tratti di genoma omologhi, che possono essere comparati in maniera quantitative: mentre non è possibile esprimere numericamente quanto un riccio di mare sia diverso da un lombrico, da un insetto o da un uomo, è possibile esprimere numericamente quanto un tratto del genoma sia diverso nei vari organismi. Ciò fa sì che oggi l’analisi molecolare stia acquisendo sempre più spazio e credibilità nelle ricostruzioni filogenetiche.
Tuttavia, un importante limite di ogni cladrogramma è quello di essere prettamente ipotetico. Quando diversi cladogrammi costruiti in modo indipendente impiegando tratti diversi di genoma convergono nel suggerire la stessa topologia (la stessa struttura dell’albero), la filogenesi ricostruita acquista di credibilità, mentre laddove si manifestino contraddizioni fra i cladogrammi basati su molecole diverse, la questione rimarrà necessariamente aperta.