分子鐘的發現對于進化研究具有十分重要的意義。它不僅能用于粗略估計不同類群生物間的進化時間，亦可用于構建進化樹。實際上，分子鐘發現不久，蛋白質序列分析即被廣泛用于生物的長時進化研究。
根據蛋白質的序列或結構差異關系可構建分子進化樹(evolutionary tree)或種系發生樹(phylogenetic tree)。進化樹給出分支層次或拓撲圖形，它是產生新的基因復制或享有共同祖先的生物體的歧異點的一種反映，樹枝的長度反映當這些事件發生時就存在的蛋白質與蛋白質之間的進化距離。根據進化樹不僅可以研究從單細胞有機體到多細胞有機體的生物進化過程，而且可以粗略估計現存的各類種屬生物的分歧時間。通過蛋白質的分子進化樹分析，為從分子水平研究物種進化提供了新的手段，可以比較精確的確定某物種的進化地位。對于物種分類問題，蛋白質的分子進化樹亦可作為一個重要的依據。
構建進化樹的方法包括兩種：一類是序列類似性比較，主要是基于氨基酸相對突變率矩陣（常用PAM250）計算不同序列差異性積分作為它們的差異性量度（序列進化樹）；另一類在難以通過序列比較構建序列進化樹的情況下，通過蛋白質結構比較包括剛體結構疊合和多結構特征比較等方法建立結構進化樹。
ME（Minimum Evolution，最小進化法）
NJ（Neighbor-Joining，鄰接法）
MP（Maximum parsimony，最大簡約法）
ML（Maximum likelihood，最大似然法）
貝葉斯（Bayesian）推斷法
