A evolução molecular é o processo de evolução no DNA, RNA e proteínas.

A evolução molecular surgiu como um campo científico nos anos 60, quando pesquisadores da biologia molecular, biologia evolutiva e genética populacional procuraram entender a estrutura e função dos ácidos nucléicos e proteínas. Alguns dos tópicos-chave foram a evolução da função enzimática, o uso do ácido nucléico como um relógio molecular para estudar a divergência de espécies, e a origem do DNA não funcional ou do DNA não-funcional.

Avanços recentes em genômica, incluindo seqüenciamento de genoma inteiro e bioinformática, levaram a um aumento dramático nos estudos sobre o tema. Nos anos 2000, o papel da duplicação de genes, a extensão da evolução molecular adaptativa versus a deriva genética neutra e a identificação das mudanças moleculares responsáveis por várias características humanas, especialmente aquelas relativas a infecção, doença e cognição.