ジェームズ・ワトソン
グアニン (G) と シトシン (C)、アデニン (A) と チミン (T) の四つの塩基とデオキシリボース(糖)とリン酸基の分子模型を用い、DNA構造の研究をしていた際に、ロザリンド・フランクリンが撮影したX線回折の写真をモーリス・ウィルキンスから紹介された。このX線回折のデータを参考にして、フランシス・クリックらと議論の末、DNAの二重螺旋構造を発見した。そのことが後の分子生物学の飛躍的発展に繋がり、彼はクリックやウィルキンスと共に1962年にノーベル生理学・医学賞を受賞した。
保存配列
DNAの遺伝における役割の発見と、1949年のフレデリック・サンガーによる動物種間のインスリンの差異についての報告は、初期の分子生物学者たちを分子レベルの観点からの系統学の研究へと促した 。 1960年代、DNAハイブリダイゼーションやタンパク質の交差反応性 (cross-reactivity)に基づいた研究によって、ヘモグロビンやシトクロムc のような既知のオルソログタンパク質間の類似性が測定された。1965年、Émile Zuckerkandl とライナス・ポーリングは分子時計の概念を導入し 、定常的な突然変異率を2つの生物が分枝してからの時間の推定のために用いることができると提唱した。初期の系統発生は化石記録とよく一致している一方で、いくつかの遺伝子については異なる速度で進化しているように思われ、そこから分子進化の理論のさらなる発展がもたらされた 。1966年のMargaret Dayhoff によるフェレドキシンの配列比較は、自然選択は生命に必須のタンパク質の配列を保存し最適化するように作用する、と示した。