La anatomía comparada ofrece evidencias estructurales de la evolución, de tres clases.

Las estructuras homólogas son aquellas que tienen un origen evolutivo común, independientemente de la función que cumplen. Por ejemplo la estructura del esqueleto de cinco dedos en la mano de los vertebrados aparece no solo en los humanos, sino también en los simios, los osos, los gatos, los murciélagos, los delfines, las lagartijas y las tortugas. ¿Cuál es la razón de tan variada repetición de unos cuantos diseños básicos? La respuesta de Darwin es que todas estas formas descienden de un antepasado común.

Las estructuras análogas (convergencia adaptativa) son aquellas estructuras que a pesar de su parecido y función similares no provienen de un antepasado común. Es decir que grupos de organismos alejados filogenéticamente (es decir que no tienen un parentesco evolutivo) han desarrollado adaptaciones similares. Por ejemplo las alas de los insectos son análogas a las alas de las aves y de los murciélagos; las aletas de los peces son análogas a las aletas de las ballenas y delfines.

Las estructuras vestigiales son otra forma de evidencia morfológica. Estas estructuras son remanentes de la historia evolutiva de un linaje. Por ejemplo algunas serpientes tienen vestigios de pelvis y diminutas patas; las ballenas poseen huesos pélvicos. Se puede decir que esto demuestra que en cada caso están emparentados con un antepasado que sí tenía patas. Estas estructuras vestigiales son evidentemente homólogas respecto de otras estructuras que otros vertebrados poseen y utilizan.