60年代早期“分子進化鐘”的發現與60年代末期“中性理論”的提出是本世紀進化學的重大事件，是古老的進化學與新生的分子生物學兩者“雜交”的產物。它們的相繼問世極大地推動了進化尤其是分子進化研究，填補了人們對分子進化即微觀進化認識上的空白，并在生物醫學等領域產生了廣泛影響。

隨著不同生物來源的大量蛋白質序列的確定，Zucherkandl等發現：某一蛋白在不同物種間的取代數與所研究物種間的分歧時間接近正線性關系，進而將分子水平的這種恒速變異稱為“分子鐘”。

支持進化鐘存在的證據來自哺乳動物與其它脊椎動物諸如血清白蛋與轉鐵蛋白等的免疫學（如微量補體固定）定量比較。人們發現多肽間的免疫距離（如抗原性）與其氨基酸取代百分數成良好的線性相關，如鳥溶菌酶、哺乳動物RNase、細胞色素C與白蛋白、大腸桿菌色氨酸合成酶等。雖然這種相關性的分子基礎尚不清楚，但這種客觀存在經過反復驗證后是不容置疑的。免抗血清由此成為初步估算球形單體蛋白間序列差異的有效工具，但其適用范圍0-30%的氨基酸差異。

自從進化鐘假設提出之后，存在許多反駁它的相反事實與異議。這些異議主要針對序列進化的恒速。分子進化鐘的最明顯的例外之一是分子序列證據與化石證據在人類起源時間上的差異。60年代中期，許多人類學家認為人類在3000年前與我們最近的親屬-- 非洲猿分歧。根據分子鐘假設，分歧3000萬年的物種氨基酸序列差異的應達4-5%、非重復序列DNA差異應約為8%，但實測值分別為0.8%與1.1%。對這種6倍左右的差別有兩種解釋。許多人類學家傾向于懷疑鐘的存在，并認為在高等靈長類中分子進化速率下降。總之，雖然大部分分子進化學家同意序列進化與分歧時間密相關，但進化是以年限還是以代限為刻度則仍有分歧與爭議；而且因為縱多因素的影響，與進化鐘相左的數據，無論是用氨基酸、核苷酸序列差異、免疫學距離，還是用DNA雜交復性等參數，均不斷有所報道，其論爭預計將繼續下去。自從60年代初發現分子進化鐘--“分子進化速率在不同種系中恒定”以來，人們又陸續發現蛋白質中氨基酸的置換是隨機而非模式性的；DNA在哺乳動物種系的總變異速率遠遠高于形態上的變異速率并遠遠超出人們的預期的大于0.5核苷酸/ 基因組/ 年；蛋白質電泳表明物種內存在大量的變異即廣泛的種內多態性，且這些多態性并無可見的表型效應，與環境條件亦無明顯相關。以上這些都是新達爾文主義與綜合進化理論所難以解釋的。

面對上述問題，日本群體遺傳學家木村資生（Motoo Kimura）提出：(1) 進化過程中的核苷酸置換其絕大部分是中性或近似中性的突變隨機固定的結果而不是正向達爾文選擇的結果：(2) 許多蛋白質多態性必須在選擇上為中性或近中性，并在群體中由突變引入與隨機滅絕間兩者的平衡維持。