La primera aportación es haber explicado el origen de la variabilidad, que era el punto débil de la teoría de Darwin. Este observaba que los individuos de una especie varían entre sí, pero desconocía por completo de dónde salían esas variaciones y cómo se transmitían, porque ignoraba las leyes de la herencia. El neodarwinismo, al incorporar la genética mendeliana y molecular, identifica esa fuente: las mutaciones, que son la única vía por la que aparecen alelos verdaderamente nuevos, y la recombinación de la meiosis junto con el azar de la fecundación, que los combinan de innumerables maneras. Y añade un punto esencial: esas variaciones se producen al azar, con independencia de que resulten o no ventajosas, de modo que el ambiente no las provoca, solo las criba después.
La segunda es haber desplazado el foco del individuo a la población. Un individuo no puede evolucionar, porque nace y muere con el genotipo que le tocó; lo que cambia a lo largo de las generaciones son las frecuencias alélicas del acervo genético de la población. Con ello la evolución deja de ser una idea cualitativa y pasa a ser un fenómeno medible, que la genética de poblaciones formula matemáticamente y que permite tratar además otros factores que Darwin no contempló, como la deriva genética, las migraciones o el papel del aislamiento reproductivo en la especiación.
La prueba paleontológica se apoya en el registro fósil. Los fósiles muestran que los seres vivos del pasado eran distintos de los actuales y que su sucesión en los estratos no es aleatoria, sino ordenada: los grupos aparecen en el mismo orden que la anatomía comparada predice. Especial valor tienen las formas de transición, que reúnen caracteres de dos grupos distintos, como
, con dientes, cola vertebrada y garras de reptil junto a plumas y alas de ave, y también las series filogenéticas completas, como la del caballo, que documenta paso a paso la reducción de los dedos y el aumento de tamaño a lo largo de millones de años.
La prueba anatómica se apoya en la comparación de los órganos de especies distintas. Los órganos homólogos tienen el mismo origen embrionario y el mismo plan de organización aunque desempeñen funciones muy diferentes: los mismos huesos —húmero, radio, cúbito, carpianos y falanges— se encuentran en el brazo humano, la pata del caballo, el ala del murciélago y la aleta de la ballena. Semejante coincidencia de estructura para funciones tan dispares solo se explica si todos ellos derivan, con modificaciones, del miembro de un antepasado común: es lo que se llama divergencia adaptativa. A ello se añaden los órganos vestigiales, como el apéndice o los restos de pelvis de las ballenas, que carecen de función actual y solo tienen sentido como herencia de un antepasado en el que sí la tenían.
Cabe citar asimismo las pruebas embriológicas, las biogeográficas y las bioquímicas y moleculares, que hoy son las más concluyentes: la universalidad del código genético y el grado de semejanza entre las secuencias de ADN y de proteínas de dos especies, que resulta tanto mayor cuanto más próximo es su parentesco.