Фактичний матеріал, отриманий в последарвіновскій період, дозволив значно розширити і поглибити теоретичні основи еволюційного вчення. Роботи в галузі палеонтології (В. О. Ковалевський), засновані на історичному методі, дозволили заповнити ряд прогалин в еволюційному вченні. Важливим кроком у подальшому розвитку еволюційного вчення послужили дослідження О. О. Ковалевського та І. І. Мечникова в області еволюційної ембріології.
Велику роль у розвитку еволюційного вчення зіграв засновник еволюційної морфології А. Н. Северцев (1866- 1936), який на підставі своїх порівняльно-морфологічних досліджень розкрив шляхи і механізми розвитку філогенезу органів тварин у зв'язку з виконуваними ними функціями і навколишнім середовищем. Северцев показав наявність двох основних напрямків еволюції органів. По одному з них, відбувається прогресивне зміна органу, що підвищує життєдіяльність організму і відкриває йому доступ в нове середовище. Наприклад, зміна будови плавників древніх кистеперих риб зумовило можливість їх виходу на сушу, формування кінцівок наземного типу і, в кінцевому підсумку, освіта наземних хребетних. Інший напрямок еволюції пов'язано з пристосуваннями до конкретних, більш спеціалізованим і приватним умов існування, наприклад формування особливостей будови крота до існування тільки під землею.
Вчення А. Н. Северцева про еволюцію органів було розвинене далі І. І. Шмальгаузеном з позицій раціонального формування цілісного організму, пов'язаного ланцюгом залежностей як з історією розвитку даного виду організмів (його філогенезу), Так і з індивідуальним його розвитком (онтогенезом), у взаємодії із зовнішнім середовищем.
Сучасне еволюційне вчення засноване на міцному фундаменті положень генетики, розкрила матеріальну природу спадковості. Еволюційної одиницею є не особина і не вид, а популяція - Сукупність особин одного виду, які тривалий населяють певну територію і вільно схрещуються між собою.
В основі спадкових змін в популяції лежить мутационная мінливість як наслідок раптово виникаючих мутацій - спадкових змін генетичного апарату. Мутації можуть виникати в будь-якій клітині, на будь-якій стадії розвитку як у звичайних умовах існування (спонтанні мутації), так і під впливом будь-яких фізичних або хімічних факторів (індуковані мутації).
Отже, рушійними факторами є мутагенез (процес утворення мутацій) і природний відбір. Процес природного відбору полягає у виживанні тих організмів, мутаційні зміни яких забезпечують найбільшу пристосованість організмів до умов середовища. У з'ясуванні ролі мутацій в еволюційному процесі велику роль зіграли роботи С. С. Четверикова, М. І. Вавилова, І. І. Шмальгаузена.
Всі роботи, пов'язані з розкриттям механізму еволюції, спрямовані на розкриття генетичної еволюції популяції, що становить основу диференціювання виду, і сутності процесів дивергентного розбіжності популяції, що веде до появи нових видів.
Явища в еволюції природних популяцій, пов'язаних з наслідками діяльності людини, такими як, наприклад, зміна хімічної та радіаційної обстановки, можуть призводити до швидкої (імпульсивної) еволюції популяції. Так, генетичні дослідження популяцій вірусів, бактерій та інших мікроорганізмів при дії антибіотиків і сульфаніламідних препаратів показали мутационную природу швидкої еволюції цих форм у бік появи стійких штамів. Впровадження інсектицидів для масової боротьби зі шкідливими комахами призвело до появи нових форм комах, стійких до дії отрут, а вплив радіації зумовило еволюцію популяцій на радіостійкість і т. Д.
Одне з головних місць в сучасному еволюційному вченні займає генетичний аналіз популяції людини. Своєрідністю генетики популяції людини є те, що природний відбір втратив роль провідного чинника в еволюції людини. Однак значення генетики популяції людини виключно велике, тому що вона займає ключове місце при аналізі поширення спадкових хвороб (див.), При оцінці ефекту радіації та інших фізичних, а також і хімічних впливів на спадковість людини.
Подальший розвиток еволюційного вчення пов'язано насамперед з успіхами еволюційної генетики, що вивчає перетворення генетичних систем в процесі історичного розвитку організмів. Новітні досягнення молекулярної біології (див.) Дозволяють по-новому поглянути на механізм еволюції. Розшифровка амінокислотного коду, відкриття молекулярних механізмів явища мутації, вивчення проблеми розгортання генетичної інформації в процесі онтогенезу, постановка проблеми вивчення закономірностей філогенезу підготували грунт для нового якісного стрибка в розвитку еволюційного вчення і всієї біології в цілому. Еволюційне вчення залишається основною зброєю біологів-матеріалістів, постійно збагачується новими фактичними і теоретичними даними, розвивається в міру поглиблення знань про природу органічного світу.
Див. Також Біологія, Генетика, Мінливість, Молекулярна біологія, Спадковість.