Estruturas homólogas, como barbatanas de baleias e mãos de macacos, demonstram que embora uma espécie possa usar estruturas para finalidades diferentes, a espécie compartilhou um ancestral comum. Por definição, estruturas homólogas se referem àqueles que foram derivados de estruturas ancestralmente semelhantes. O mundo natural está cheio de exemplos de estruturas homólogas, que a teoria da seleção natural prevê que devam ser o caso.
Originalmente, os cientistas agrupavam os animais com base em sua semelhança física geral. Isso significa que os morcegos eram considerados parentes próximos de insetos e pássaros, pois todos os animais voam. No entanto, como as técnicas modernas de DNA comprovaram, os morcegos não estão relacionados a insetos e pássaros, mas sim mamíferos relacionados a roedores. Suas asas evoluíram a partir dos mesmos ossos dos quais evoluíram as asas dos pássaros - os ossos da mão e do braço que seus ancestrais possuíam.
O fato de os braços dos guaxinins, as asas dos pássaros e as nadadeiras das baleias serem todos semelhantes em design demonstra que todos eles evoluíram de um ancestral comum. Quando vistas em um raio-X, todas as três estruturas compartilham semelhanças impressionantes, apesar das diferentes maneiras como as três estruturas evoluíram. Às vezes, as estruturas homólogas não apresentam semelhanças óbvias entre si. Por exemplo, os ossos quadráticos de cobras são longos, finos e residem nas mandíbulas dos animais. Em contraste, os ossos quadráticos evoluíram para pequenos ossos do ouvido médio dos mamíferos.
