Como los árboles genealógicos, los árboles filogenéticos representan los patrones de ascendencia. Sin embargo, mientras que las familias tienen la oportunidad de registrar su propia historia a medida que va sucediendo, los linajes evolutivos no la tienen — en la naturaleza, las especies no vienen con papeles en los que se muestra su historia
familiar. En su lugar, los biólogos tienen que reconstruir esas historias recogiendo y analizando pruebas, que luego utilizan para formular una hipótesis sobre cómo están emparentados los organismos — una filogenia.

Para construir un árbol filogenético como el que vemos más abajo, los biólogos recogen datos sobre los caracteres de cada uno de los organismos en los que están interesados. Los caracteres son rasgos heredables que se pueden comparar entre individuos, como una característica física (morfología), una secuencia genética o una pauta de comportamiento.

Para construir la filogenia de los vertebrados, comenzamos por examinar representantes de cada linaje para conocer su morfología básica, si el linaje tiene vértebras o no, si tiene esqueleto óseo, cuatro extremidades, huevo amniótico, etc.

Aplicación de los caracteres derivados compartidos

Nuestro objetivo es encontrar pruebas que nos ayuden a agrupar los organismos en clados cada vez menos inclusivos. En particular, nos interesan los caracteres derivados compartidos. Un carácter compartido es aquél que tienen en común dos linajes y un carácter derivado es aquél que ha evolucionado en el linaje dando lugar a un clado, y que separa a los miembros de ese clado de otros individuos.

Los caracteres derivados compartidos pueden utilizarse para agrupar los organismos en clados. Por ejemplo, los anfibios, tortugas, lagartos, serpientes, cocodrilos, aves y mamíferos, todos tienen o han tenido en su historia cuatro extremidades. Si se mira a una serpiente actual puede que no se vean extremidades obvias, pero los fósiles muestran que las serpientes antiguas sí que tenían extremidades y algunas serpientes actuales mantienen, de hecho, extremidades rudimentarias. Tener cuatro extremidades es un carácter derivado compartido, heredado de un antepasado común, que ayuda a distinguir este clado de vertebrados concreto.

Sin embargo, la presencia de cuatro extremidades no es útil para determinar relaciones dentro del clado verde de arriba, ya que todos los linajes del clado tienen ese carácter. Para determinar las relaciones que se establecen dentro de este clado tenemos que examinar otras características que varíen entre los linajes del clado.