Các cấu trúc tương đồng, chẳng hạn như vây của cá voi và bàn tay của khỉ, chứng minh rằng mặc dù một loài có thể sử dụng cấu trúc cho các mục đích khác nhau, nhưng loài có chung một tổ tiên. Theo định nghĩa, cấu trúc tương đồng là đến những công trình có nguồn gốc từ các cấu trúc tương tự của tổ tiên. Thế giới tự nhiên có đầy đủ các ví dụ về cấu trúc tương đồng, mà lý thuyết chọn lọc tự nhiên dự đoán là đúng như vậy.
Ban đầu, các nhà khoa học phân nhóm các loài động vật dựa trên sự giống nhau về thể chất tổng thể của chúng. Điều này có nghĩa là dơi được coi là họ hàng gần của côn trùng và chim, vì tất cả các loài động vật đều bay. Tuy nhiên, như các kỹ thuật DNA hiện đại đã xác minh, dơi không liên quan đến côn trùng và chim, mà thay vào đó, chúng là động vật có vú có quan hệ họ hàng với loài gặm nhấm. Đôi cánh của chúng phát triển từ xương giống như cánh của loài chim - xương bàn tay và cánh tay mà tổ tiên chúng sở hữu.
Việc cánh tay của gấu trúc, cánh của chim và vây của cá voi đều có thiết kế giống nhau chứng tỏ rằng chúng đều tiến hóa từ một tổ tiên chung. Khi nhìn bằng tia X, cả ba cấu trúc đều có những điểm giống nhau nổi bật, mặc dù ba cấu trúc phát triển theo những cách khác nhau. Đôi khi, các cấu trúc tương đồng không có sự tương đồng rõ ràng với nhau. Ví dụ, xương phần tư của rắn dài, mỏng và nằm trong hàm của động vật. Ngược lại, xương phần tư đã phát triển thành xương nhỏ của tai giữa đối với động vật có vú.
