Некоторыми из ключевых тем, которые стимулировали развитие этой области, были эволюция функции ферментов, использование дивергенции нуклеиновых кислот в качестве «молекулярных часов» для изучения расхождения видов и происхождение нефункциональной или мусорной ДНК.
Молекулярная эволюция возникла как научная область в 1960-х годах, когда исследователи молекулярной биологии, эволюционной биологии и популяционной генетики стремились понять структуру и функцию нуклеиновых кислот и белка.