Zuckerkandl and Pauling（1962）通過比較不同生物世系的同一血紅蛋白（hemoglobin）分子的氨基酸排列順序發現，氨基酸隨著時間的推移大致以一定的比例相互量換著，即氨基酸在單位時間以同樣的速度進行置換。他們將這樣的觀察一般化之后，提出了所謂的分子鐘（Molecular clock）假說，即基因或蛋白質的序列隨時間的推移以相對恒定的速率變化，而且同一基因或蛋白的變化速率在不同世系的有機體中大約一致。
1968年，日本學者木村資生（Motoo Kimura）提出了所謂的分子演化中性學說（neutral theory of molecular evolution），該學說有兩個要點，其一，大部分突變都是中性的（即對生物的演化適應性并無實際作用，它們既不會被自然選擇促進，也不會被抑制），它們要么逐步擴散到整個種群，要么通過“基因漂移”的隨機過程而消失，但大部分中性突變被固定下來了；其二，每一種大分子在不同生物中的變化速度都是一樣的(Kimura 1968) 。可以認為，中性學說是分子鐘假說的一種延伸。
謝平（2014）指出，分子鐘或中性理論的倡導者與達爾文一樣都關注隨機變異（當然前者在分子水平，后者在表型水平），只不過前者對不受自然選擇作用的那些變異感興趣，而后者則關注受到自然選擇作用的那些變異；可是，任何水平的變異既具有隨機性，又不可能完全隨機，而分子鐘或中性理論的信奉者就是要找出既普遍存在又逃脫了達爾文選擇的神奇分子，或者說一個普適性存在且完全不受達爾文選擇影響的分子就是他們夢幻中的時鐘分子。當然，這樣的分子還必須具有足夠的復雜性，以便容納相當大的時序性變異，而過于簡單的分子是不可能作為這種時鐘分子的。