Палеонтологические данные к настоящему времени свидетельствуют о том, что настоящие лоси появились на эволюционной арене в среднем плейстоцене.
Их формирование происходило в средних и северных широтах Евразии. На этот факт указывает ряд адаптаций и особенностей Alces: крупные размеры, характерные для оленей северных широт, особенности строения тела с высокой холкой, удлиненными метаподиями, большой опорной площадью копыт, способствующие передвижению в кочкарниковых болотах, буреломах и высокоснежье. Огромная масса ноздреватых хрящей, сильно развитая соединительная ткань верхней губы служат приспособлением к предварительному нагреву воздуха, а также к захвату листвы и побегов на ветвях и побегов болотных растений [Флеров, 1952; Верещагин, 1967]. По-видимому, уже в начале позднего плейстоцена среди Alces шло активное формообразование.
На этот факт указывают находки остатков рогов различной формы, свойственной современным лосям, а также и уникальные находки с дополнительным отростком на штанге. Вероятно, в это время обособились формы, от которых в дальнейшем произошли европейско-западносибирские и восточносибирско-американские лоси. Уровень дифференциации современных европейских и американских лосей по молекулярно-генетическим маркерам ДНК позволил оценить время начала их дивергенции в 100 тыс. лет [Mikko, Anderson, 1995] и в 75—150 тыс. лет [Удина и др., 2001]. Таким образом, дивергенция Alces на два вида, по-видимому, происходила в конце среднего — начале позднего плейстоцена. Какие лоси являются более древней формой по палеонтологическим находкам сказать трудно, так как наиболее ранние, предположительно среднеплейстоценовые остатки настоящих лосей обнаружены от Западной Европы до Восточной Сибири.
В то же время генетические данные свидетельствуют о том, что восточносибирско-американские лоси, скорее всего, более древние, чем европейские. Кариотип с 2n = 70 считается предковым для семейства Cervidae; аналогичный хромосомный набор A. americanus, вероятнее всего, является архаичным и трансформировался в результате робертсоновских слияний в 68-хромосомный кариотип A. alces [Графодатский, 1991; Groves, Grubb, 1987].