La especiación, comúnmente conocida como macroevolución, está respaldada por varias líneas de evidencia, incluida la observación directa, el mapeo genético y el registro fósil. Se han observado varias poblaciones en el acto de dividirse en nuevas especies. La comparación de las secuencias genómicas entre las especies se explica más fácilmente como resultado de un ancestro común reciente y un extenso registro de fósiles ha dado lugar a numerosos fósiles de transición.
La macroevolución se ha observado directamente en un tipo de planta con flores llamada American goatsbeard. Introducidas en las Américas desde Europa a principios del siglo XX, tres especies de barba de cabra comenzaron a hibridar en la naturaleza. Para la década de 1950, habían producido dos nuevas variedades que podían reproducirse dentro de sus propias poblaciones, pero no con las barbas de cabras circundantes, que es el criterio para ser etiquetadas como una nueva especie.
La comparación genética directa entre humanos y chimpancés proporciona más evidencia de especiación. Los seres humanos tienen 46 cromosomas, mientras que los chimpancés y los gorilas tienen 48. El cromosoma humano 2, sin embargo, tiene secuencias distintivas de nucleótidos que sugieren que es el resultado de la fusión entre dos cromosomas en algún momento en el pasado relativamente reciente. La explicación más plausible de este hecho es que los humanos y los chimpancés están estrechamente relacionados, pero divergidos en especies separadas.
El registro fósil es rico en fósiles de transición que demuestran el desarrollo de nuevas especies y grupos más grandes. En particular, las transiciones de reptiles a mamíferos, de reptiles a aves y de monos a humanos están bien evidenciadas por fósiles.
