Homoloģija ir bioloģisks jēdziens, kas apraksta līdzības starp sugām, kas izriet no kopīgiem senčiem. Tā ir galvenā ideja evolūcijas izpētē, jo tā atspoguļo filoģenētiskā koka sazarojumu. Vispārīgi runājot, ja divām sugām ir daudz kopīgu īpašību un gēnu, tās, visticamāk, ir atšķīrušās viena no otras, ti, ir izveidojušās salīdzinoši nesen evolūcijas laikā.
Visi organismi ir saistīti ar citiem organismiem, evolūcijas ceļā no neliela skaita kopīgu senču. Līdz ar to bioloģiskajā pasaulē ir daudz homoloģiju. Oksidatīvā fosforilēšana, oksidācijas izmantošanas process, lai iegūtu adenozīna trifosfātu, ir gandrīz universāla bioloģiskā homoloģija. Šo procesu izmantoja senākie organismi, un turpmākā evolūcijas attīstība to ir mainījusi, bet nav aizstājusi.
Turpretim smadzenes neparādās katrā organismā. Tās ir iezīme, kas pieder tikai dzīvniekiem. Ne visiem dzīvniekiem ir smadzenes, bet lielākajai daļai tādas ir. Neatkarīgi no tā, vai sugai ir vai nav smadzenes, tas skaidri norāda uz tās stāvokli evolūcijas kokā. Dažiem organismiem, kas kopš šī brīža ir piedzīvojuši mazākas izmaiņas, smadzenes ir līdzīgas agrākajām. Tomēr ir svarīgi atcerēties, ka šie organismi ir izdzīvojuši un mainījušies tikpat daudz evolūcijas laikā kā sarežģītāki organismi.
Homoloģija bieži tiek apspriesta atšķirībā no analoģijas. Ne katra divu organismu līdzība ir kopīgu evolūcijas priekšteču rezultāts. Ja divas sugas atrodas vidē, kas veicina kādu konkrētu adaptāciju, šī adaptācija var rasties abās sugās neatkarīgi. Piemēram, oposumi neatkarīgi no primātiem attīstīja pretnostatāmus īkšķus. Šis rezultāts nav pārāk pārsteidzošs, jo ir noderīgi īkšķi. Tā kā evolūcija ir neparedzama un haotiska, analoģijas ir daudz retāk sastopamas nekā homoloģija.
Ģenētikas izpēte ir pilnveidojusi homoloģijas jēdzienu ar tiešu DNS sekvenču salīdzinājumu. Pirms bija iespējams tieši nolasīt ģenētisko informāciju, zinātniekiem bija jāuzmin par homoloģiju un taksonomiju kopumā, pamatojoties uz fizioloģiskiem novērojumiem. Tagad dažādos organismos atrasto alēļu relatīvā līdzība var sniegt pārliecinošus pierādījumus par to evolucionāro saistību. Neskaidrību par to, vai kopīpašums ir homologs vai analogs, var pilnībā atrisināt, pārbaudot DNS; statistiski noteikta līdzības pakāpe starp sekvencēm nevarēja rasties pati par sevi.
Ģenētika ir arī radījusi vajadzību pēc apakšklasifikācijām homoloģijas jēdziena ietvaros. Ortoloģija attiecas uz gēnu līdzībām, kas izriet no specifikācijas. Paraloģija apraksta homoloģijas starp gēniem, kas radās, dublējoties viena organisma genomā. Ksenolģija ir homoloģijas esamība, kas izriet no sānu gēnu pārneses: ģenētiskais materiāls, ko pārraida, piemēram, caur vīrusu vai zinātnieki. Ksenoloģisko homoloģiju esamība sarežģī ideju par perfekti vienvirziena evolūcijas koka atzarojumu.