Homologia on biologinen käsite, joka kuvaa lajien välisiä samankaltaisuuksia yhteisestä syntyperästä. Se on keskeinen ajatus evoluution tutkimuksessa, koska se heijastaa fylogeneettisen puun haarautumista. Yleisesti ottaen, jos kahdella lajilla on monia ominaisuuksia ja geenejä, ne ovat todennäköisesti eronneet toisistaan - eli spesifioitu – suhteellisen äskettäin evoluution aikana.
Kaikki organismit ovat sukua muille organismeille evoluution kautta pienestä joukosta yhteisiä esi -isiä. Näin ollen homologioita on runsaasti biologisessa maailmassa. Oksidatiivinen fosforylaatio, prosessi, jossa hapetusta käytetään adenosiinitrifosfaatin tuottamiseen, on lähes universaali biologinen homologia. Varhaisimmat organismit käyttivät prosessia, ja evoluution myöhempi kehitys on muuttanut sitä, mutta ei korvannut sitä.
Aivot sitä vastoin eivät näy kaikissa organismeissa. Ne ovat ominaisuus, joka kuuluu vain eläimille. Kaikilla eläimillä ei ole aivoja, mutta useimmilla on. Se, onko lajilla aivot vai ei, osoittaa selvästi sen sijainnin evoluutiopuussa. Joillakin organismeilla, jotka ovat muuttuneet vähemmän tämän ajankohdan jälkeen, on aivot, jotka ovat samanlaisia kuin aikaisimmat. On kuitenkin tärkeää muistaa, että nämä organismit ovat säilyneet ja muuttuneet yhtä paljon evoluution aikana kuin monimutkaisemmat.
Homologiasta keskustellaan usein vastakohtana analogialle. Kaikki samankaltaisuudet kahden organismin välillä eivät ole seurausta yhteisestä evoluutiosta. Jos kaksi lajia joutuu tiettyyn sopeutumiseen suotuisaan ympäristöön, tämä sopeutuminen voi syntyä itsenäisesti molemmilla lajeilla. Esimerkiksi opossumit kehittivät vastakkaisia peukaloja kädellisistä riippumatta. Tämä tulos ei ole liian yllättävä, koska vastakkaiset peukalot ovat hyödyllisiä. Koska evoluutio on arvaamaton ja kaoottinen, analogia on kuitenkin paljon harvinaisempi kuin homologia.
Geenitutkimus on parantanut homologian käsitettä suoralla vertailulla DNA -sekvenssien välillä. Ennen kuin geneettistä tietoa oli mahdollista lukea suoraan, tutkijoiden oli arvattava homologia – ja taksonomia yleensä – fysiologisten havaintojen perusteella. Nyt eri organismeissa esiintyvien alleelien suhteellinen samankaltaisuus voi tarjota vahvaa näyttöä niiden evoluutiosuhteesta. Epävarmuus siitä, onko yhteinen ominaisuus homologinen vai analoginen, voidaan ratkaista kokonaan tutkimalla DNA: ta; tilastollisesti tietty samankaltaisuustaso sekvenssien välillä ei olisi voinut ilmetä yksin.
Genetiikka on myös luonut tarpeen alaluokituksiin homologian käsitteen sisällä. Ortologia viittaa geenien samankaltaisuuksiin, jotka johtuvat lajittelusta. Paralogy kuvaa geenien välisiä homologioita, jotka johtuivat päällekkäisyydestä yhden organismin genomissa. Xenolgy on homologian olemassaolo, joka johtuu sivuttaisesta geenisiirrosta: esimerkiksi viruksen tai tutkijoiden välittämä geneettinen materiaali. Ksenologisten homologioiden olemassaolo vaikeuttaa ajatusta evoluutiopuun täysin yksisuuntaisesta haarautumisesta.