進化の過程で、DNAやたんぱく質などの分子の中に、時計のように時を刻み続けて変化している部分があると考え、その変化をいう。異なる生物間でその違いを調べれば、生物間の類縁関係や互いが分岐した正確な年代も推定できると考えられ、分子進化の研究から生まれた。例えば、赤血球内のたんぱく質であるヘモグロビンについて、各種の動物のアミノ酸配列の違いを調べる研究が行われ、その変化の割合から分子時計の進み具合が推定されている。