I 1920'erne og 1930'erne forbandt en moderne evolutionær syntese de forskellige begreber om naturlig selektion, mutationsteori og mendelsk arveteori i en samlet teori, der anvendes generelt for enhver gren af biologi. Den moderne syntese var i stand til, at forklare mønstre observeret på tværs af arter i populationer igennem [[Overgangsform (fossil)|overgangsfossiler]] i palæontologi, og selv komplekse cellulære mekanismer i udviklingsbiologi.<ref name="Gould02" /><ref name="Bowler3">{{harvnb|Bowler|1989}}</ref> Offentliggørelsen af strukturen af [[DNA]] af [[James Watson]] og [[Francis Crick]] i 1953 viste en fysisk basis for arv.<ref name="Watson53">{{cite journal |last1=Watson |first1=J. D. |author-link1=James Watson |last2=Crick |first2=F. H. C. |author-link2=Francis Crick |date=25. april 1953 |title=Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid |url=http://profiles.nlm.nih.gov/SC/B/B/Y/W/_/scbbyw.pdf |format=PDF |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |location=London |publisher=Nature Publishing Group |volume=171 |issue=4356 |pages=737–738 |bibcode=1953Natur.171..737W |doi=10.1038/171737a0 |issn=0028-0836 |pmid=13054692 |access-date=2014-12-04 |archive-date=23. august 2014 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140823063212/http://profiles.nlm.nih.gov/SC/B/B/Y/W/_/scbbyw.pdf |url-status=live }}</ref> [[Molekylærbiologi]] forbedrede vores forståelse af forholdet mellem genotype og fænotype. Fremskridt blev også gjort i [[fylogenetisk systematik]] med kortlægning af overgang i træk i en sammenlignelig og testbar ramme ved offentliggørelsen og brugen af evolutionære stamtræer.<ref name="Hennig99">{{harvnb|Hennig|1999|p=280}}</ref><ref name="Wiley11">{{harvnb|Wiley|Lieberman|2011}}</ref> I 1973 skrev evolutionsbiologen [[Theodosius Dobzhansky]], at ''"intet i biologien giver mening undtagen i lyset af evolution,"'' fordi det har kastet lys på relationer, som først virkede som usammenhængende fakta i naturhistorie til en sammenhængende mængde af viden, der beskriver og forudsiger mange observerebare fakta om livet på denne planet.<ref name="Dobzhansky73">{{cite journal |last=Dobzhansky |first=Theodosius |author-link=Theodosius Dobzhansky |date=marts 1973 |title=[[Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution]] |journal=The American Biology Teacher |location=McLean, VA |publisher=[[National Association of Biology Teachers]] |volume=35 |issue=3 |pages=125–129 |doi=10.2307/4444260}}</ref>
Naturvidenskab