Filogenija je nauka o procesu filogeneze (grčki φυλογένεση, složenica od φῦλον — koljeno, rodbina, i γéνeσiς — nastanak), odnosno razvoju grupa živih bića (biološka evolucija) tokom istorijske prošlosti Zemlje.
Pojam nije ograničen samo na evoluciju životinjskih stabala nego uključuje i razvoj pojedinih taksa na svim nivoima sistematike. Koristi ga se i za karakterizovanje evolucije pojedinih osobitosti kroz razvojnu istoriju.
Istraživanje filogeneze provodi se naročito:
Iz ovih podataka može da se izradi filogenetsko stablo koje prikazuje pretpostavljene srodničke odnose.
Naučno teorijski problem filogenetskih istraživanja leži u činjenici, da filogeneza u pravilu ne može direktno da se posmatra, niti da se eksperimentalno ponove evolucijski procesi koji su se evidentno dešavali. Radi koliko toliko zaokruženih rekonstrukcija stabala porekla odnosno razvitka, neophodno je da se koriste dokazi koje prikupljaju razna druga naučna područja.
Kod vrednovanja raznih osobitosti vrlo važno je razlikovati homologiju od analogije.
- Homologija, na primer homologni organi ili homologni način ponašanja pokazuju isti osnovni plan građe ili istu strukturu koja varira ovisno o ekološkim uvetima. Homologni organi mogu da imaju vrlo različitu namenu pa prema tome mogu da imaju i vrlo različit izgled. Tipičan primer homologije organa su prednji udovi kičmenjaka. Delom su se razvili u prednje udove za hodanje, ali drukčije oblikovani, mogu biti krila (ptice, pterosauria, šišmiši), peraje (ribe, pingvinke, ichthyosauria, kitovi), udovi za hvatanje (čovek, majmuni i neki pripadnici sauria) ili alat za kopanje (krtice, gola krtica, krtice tobolčari). Koštana podloga ovih udova u osnovu je ista. Isti način građe može da se objasni samo filogenezom. Homologije upućuju na filogenetsku srodnost i predstavljaju značajan dokaz za oblikovanje stabala srodnosti.
- Analogije, na primer analogni organi, pokazuju - ponekad zapanjujuću - vanjske sličnosti a pored toga imaju i iste funkcije. No, oni su se razvili nezavisno jedni od drugih konvergentnim razvojem. Tako oči dela glavonožaca i kičmenjaka izvana izgledaju isto, a imaju i istu funkciju. Tek kod pobliže mikroskopske analize može da se utvrdi razlika u građi. Ontogenetska istraživanja pokazuju, da su se razvili iz različitih kličnih listaka. Analogije nisu dokaz bliske filogenetske srodnosti. Upravo obrnuto, one u pravilu sugerišu odvojene razvojne puteve.