Los datos moleculares han revolucionado la forma en que la Sistemática establece relaciones de parentesco, aunque no por las razones sugeridas en un primer momento.
Solo hay 4 posibles nucleótidos, normalmente representados por su inicial en mayúscula: A (adenina), T (timina), C (citosina) y G (guanina).
Las mutaciones a las que es sujeto el ADN son: las mutaciones que reemplazan una base por otra (por ejemplo una adenina por una guanina debido al efecto "túnel del protón" donde por acción de la luz UV se forma temporalmente un tercer enlace y si la duplicación del ADN sucede antes que su reparación el cambio de base se convierte en permanente), las mutaciones en que desaparece un trozo de ADN ("deleciones"), las mutaciones en que un trozo de ADN se escinde y se vuelve a unir al resto en otro lugar diferente ("traslocaciones"), las mutaciones en que se duplica una porción del ADN, entre otras.
Algunas circunstancias hacen que la tasa de mutaciones sea más alta en algunos organismos que en otros (por factores ambientales, por ejemplo exposición a agentes mutágenos; o por factores genéticos, por ejemplo una ineficiencia en los mecanismos de reparación del ADN).
El tamaño del ADN es mucho mayor en el núcleo que en los orgánulos: en el núcleo es tan grande que se mide en "megabases", en las mitocondrias en cambio, es de unas 200 a 2.500 kilobases, en los cloroplastos es de unas 130 a 160 kbases (una kbase es igual a mil bases, o mil "peldaños de la escalera").
Este reordenamiento ocurre con tanta frecuencia que incluso dentro de una misma planta se encuentran genomas diferentes en mitocondrias diferentes, y por lo tanto no son útiles para diferenciar especies o grupos de especies, ni para establecer parentescos.
Por eso el interés de la Sistemática Molecular se centra en las mutaciones, que dan como resultado caracteres que son compartidos por algunos taxones pero no por otros, y por lo tanto encontrar un mismo carácter en dos taxones diferentes puede ser indicador de que en algún momento esos taxones pertenecían a la misma especie.
Ha sido más bien raro que los datos moleculares sugirieran algo completamente nuevo, aunque ha habido algún que otro caso dramático, como la monofilia del clado del glucosinolato y la ubicación de Limnanthaceae; la inclusión de Vochysiaceae en los Myrtales; y la documentación de introgresión entre especies que aparentemente eran interestériles.
Para eso se extraía el ADN y luego se lo mezclaba con enzimas de restricción, que lo cortaban en secuencias específicas (por ejemplo la enzima BamHI corta el ADN en todos los sitios en que la secuencia sea GGATCC).
Luego se utilizan métodos para separar los trocitos de ADN según su tamaño.
La secuenciación es la determinación del orden preciso en que se encuentran los nucleótidos (Adenina, Timina, Citosina o Guanina) en un trozo de ADN dado.
Fue muy utilizado en los '80 y sigue siendo un buen método para especies que divergieron recientemente.
Todos los genes citados a continuación son parte del mismo genoma no recombinante que el rbcL, por lo que siguen el rastro de la misma historia familiar (por lo general materna, al ser genes cloroplastídicos): rbcL, ndhF, rpoA y rpoC2, matK.