Sélection naturelle
La diversité génétique dans une population d'individus a pour origine des modifications de l'information génétique dans l'ADN des cellules. Il s'agit : premièrement, de mutations ponctuelles dans la séquence d'ADN des gènes, ou de mutations plus importantes comme des réarrangements chromosomiques ; deuxièmement, de recombinaisons génétiques qui se produisent lors des transferts d'ADN des bactéries et lors de la reproduction sexuée des eucaryotes. On peut ajouter aux modifications du génome citées plus haut, une autre source de diversité génétique, soient les migrations par lesquelles le stock génétique dans une population donnée se voit renouvelé par l'arrivée d'autres membres de l'espèce porteuse d'un ensemble génétique différent.
Évolution des taux de mutation
L'horloge moléculaire normale présente malgré tout des facteurs qui limitent son utilisation. Tout d'abord des erreurs de calibrage, car la découverte du plus vieux fossile d’un groupe taxonomique n’est jamais garantie ; le nombre limité d'espèces et de gènes pouvant entraîner une erreur stochastique ; le temps de génération différent et l’existence d’hétérogénéités du taux d’évolution entre lignées, soit par des différences entre espèces, soit par un problème de saturation car pour de longues échelles de temps, plusieurs mutations peuvent avoir eu lieu sur un nucléotide : de nombreux sites ont donc subi plusieurs changements mais il n'est possible de détecter que le dernier.