В середине 50-х годов сформировался ряд новых направлений исследований процесса эволюции, существенно углубивших знания о законах развития органического мира.
В первую очередь это было связано с использованием данных молекулярной биологии для решения проблем эволюционной теории. Открытие генетического кода, обеспечивающего высокоспецифический матричный синтез белков, и успехи в изучении его основных свойств подтвердили неизбежность эволюции именно путем естественного отбора. Большая устойчивость молекулы нуклеиновой кислоты в статике и редупликации и особенности ее структуры обеспечивают накопление огромного объема наследственной информации и длительное хранение апробированных кодонов. В то же время обязательность ошибок редупликации (путем замены нуклеотидов или же путем различных стереохимических реорганизаций структуры ДНК) обусловливает возникновение мутационной изменчивости. Применение качественно новых методов позволило установить молекулярную основу мутационного процесса, вскрыть различные механизмы контроля над темпом мутабильности, открыть ограничение спектра мутаций, обусловленное рядом запретов на молекулярном уровне. Изучение биохимического полиморфизма природных популяций показало громадный запас наследственной изменчивости, чем окончательно был опровергнут тезис о недостаточности материала для действия естественного отбора.
Под влиянием успехов молекулярной биологии некоторые авторы попытались свести проблемы эволюционной теории лишь к изучению молекулярно-генетических основ эволюции. Однако вскоре эта ошибочная установка была преодолена. Было признано, что эволюция молекулярных структур протекает в рамках единого эволюционного процесса, совершающегося на всех уровнях организации живого, а движущие силы эволюции приурочены к популяционно-видовому уровню в рамках разрешения многочисленных биоценотических противоречий.
Начинается широкое применение биокибернетики, общей теории систем, а также математического моделирования для познания эволюционного процесса. Использование методов точных наук в значительной степени повысило строгость эволюционных построений, уточнило и усовершенствовало понятийный аппарат эволюционной теории, открыло новые пути для быстрой проверки выдвигаемых гипотез. В связи с этим особое развитие получает применение электронно-вычислительных машин, расширяются возможности для предсказаний эволюционного процесса.