Dado que un árbol filogenético es una hipótesis sobre las relaciones evolutivas, para construirlo es necesario utilizar caracteres que sean indicadores fiables de una ascendencia común. Utilizamos caracteres homólogos — caracteres de diferentes organismos que se parecen porque fueron heredados de un antepasado común que también poseía ese carácter. Las cuatro extremidades de los tetrápodos son un ejemplo de caracteres homólogos. Los pájaros, murciélagos, ratones y cocodrilos, todos tienen cuatro extremidades. Los tiburones y los peces óseos, no. El antepasado de los tetrápodos evolucionó cuatro extremidades y sus descendientes han heredado ese rasgo; por lo tanto, la presencia de cuatro extremidades es una homología.

No todos los caracteres son homologías; por ejemplo, las aves y los murciélagos tienen alas, mientras que los ratones y los cocodrilos no las tienen. ¿Significa eso que las aves y los murciélagos están emparentadas más estrechamente entre sí que con los ratones y los cocodrilos? No. Cuando examinamos minuciosamente las alas de las aves y las de los murciélagos, vemos que hay algunas diferencias muy significativas.

Las alas de los murciélagos están formadas por expansiones de piel que se extienden entre los huesos de los dedos y del brazos. Las alas de las aves están formadas por plumas que se extienden por todo el brazo. Estas desigualdades estructurales hacen pensar que las alas de las aves y las alas de los murciélagos no se heredaron de un antepasado común con alas. La filogenia de abajo, basada en una gran cantidad de otros caracteres, ilustra esta idea.

Las alas de las aves y las de los murciélagos son análogas — es decir, sus orígenes evolutivos son independientes, pero se parecen superficialmente porque evolucionaron para realizar la misma función. Las analogías son el resultado de la evolución convergente.

Por lo tanto, es interesante que mientras las alas de las aves y de los murciélagos son análogas como alas, como miembros anteriores son homólogas. Las aves y los murciélagos no heredaron las alas de un antepasado común alado, pero sí heredaron las extremidades anteriores de un antepasado común con extremidades anteriores.