A tudósok több ezer fosszilis példányt tártak fel, amelyek az emberfélék családjának tagjait képviselik. Ezek nagy része nem sorolható a modern emberfajhoz, a Homo sapienshez. A legtöbb ilyen példányt jól datálták, gyakran radiometriai módszerekkel. Ezek egy jól elágazó fát mutatnak, amelynek egyes részei egy általános evolúciós sorrendet követnek nyomon a majomszerű formáktól a modern emberig.
A paleontológusok számos kihalt majomfajt fedeztek fel a négymillió évnél régebbi kőzetrétegekben, de az emberfélék családjának egyetlen tagját sem találták ilyen nagy korban. Az Australopithecus, amelynek legkorábbi ismert kövületei körülbelül négymillió évesek, egy olyan nemzetség, amelynek egyes vonásai közelebb állnak a majmokhoz, mások pedig a modern emberhez. Agyméretét tekintve az Australopithecus alig volt fejlettebb a majmoknál. Számos jellegzetesség, köztük a hosszú karok, a rövid lábak, a lábujjak köztes szerkezete és a felső végtagok jellegzetességei arra utalnak, hogy a faj tagjai idejük egy részét a fákon töltötték. De az emberekhez hasonlóan felegyenesedve jártak a földön is. Az Australopithecush kétlábú nyomaira bukkantak, amelyek más kihalt állatok nyomaival együtt gyönyörűen megmaradtak a megkeményedett vulkáni hamuban. A legtöbb Australopithecusősünk közel két és fél millió évvel ezelőtt kihalt, míg más Australopithecus fajok, amelyek az emberfa oldalágain álltak, még további egymillió évig éltek a fejlettebb hominidák mellett.
Az emberi nemzetség, a Homo, legidősebb fajának jellegzetes csontjai körülbelül 2,4 millió éves kőzetrétegekből származnak. A fizikai antropológusok egyetértenek abban, hogy a Homo az Australopithecus egyik fajából fejlődött ki. Kétmillió évvel ezelőtt a Homo korai tagjainak átlagos agymérete másfélszer nagyobb volt, mint az Australopithecusé, bár még mindig lényegesen kisebb, mint a mai emberé. A medence- és lábcsontok alakja arra utal, hogy ezek a korai Homo nem részmászók voltak, mint azAustralopithecus, hanem hosszú lábakon jártak és futottak, mint a modern emberek. Ahogyan az Australopithecus a majomszerű, az emberszerű és a köztes tulajdonságok komplexumát mutatta, úgy a korai Homo is az Australopithecus és a modern ember között állt köztes helyzetben bizonyos tulajdonságok tekintetében, más tekintetben pedig közel állt a modern emberhez. A legkorábbi kőszerszámok gyakorlatilag egyidősek a Homo legkorábbi fosszíliáival. A korai Homo az Australopithecusnál nagyobb agyával kőeszközöket készített.
A 2,4 millió évvel ezelőtt és napjaink között eltelt időszak fosszilis emlékei számos, a Homo nemzetségbe sorolt faj csontvázmaradványait tartalmazzák. Az újabb fajoknak nagyobb agyuk volt, mint a régebbieknek. Ez a kövületanyag elég teljes ahhoz, hogy kimutassa, hogy az ember nemzetség valamivel kevesebb, mint kétmillió évvel ezelőtt terjedt el először afrikai származási helyéről Európába és Ázsiába. A kőszerszámok jellegzetes típusai különböző populációkhoz kapcsolódnak. A nagyobb agyvelővel rendelkező újabb fajok általában kifinomultabb eszközöket használtak, mint az ősibb fajok.
A molekuláris biológia is erős bizonyítékot szolgáltatott az ember és a majmok közötti szoros kapcsolatra. Számos fehérje és gén elemzése kimutatta, hogy az ember genetikailag hasonló a csimpánzokhoz és a gorillákhoz, és kevésbé hasonlít az orángutánokhoz és más főemlősökhöz.
Még DNS-t is nyertek egy jól megőrzött csontvázból a kihalt emberi lényből, akit neandervölgyiként ismertek, a Homo nemzetség tagja, és gyakran a Homo sapiens alfajának vagy különálló fajnak tekintik. A molekuláris óra alkalmazása, amely a genetikai mutáció ismert arányait használja fel, azt sugallja, hogy a Neander-völgyi vonalvezetése kevesebb mint félmillió évvel ezelőtt vált el a modern Homo sapiens vonalától, ami teljesen összeegyeztethető a fosszilis leletek bizonyítékával.
A molekuláris és genetikai adatok alapján az evolucionisták azt a hipotézist támogatják, hogy a modern Homosapiens, hozzánk nagyon hasonló egyedek, körülbelül 100.000-150.000 évvel ezelőtt fejlődtek ki archaichumánokból. Úgy vélik továbbá, hogy ez az átmenet Afrikában történt, majd a modern ember elterjedt Ázsiába, Európába, végül pedig Ausztrálázsiába és Amerikába.
Az elmúlt három évtizedben Kelet- és Dél-Afrikában, a Közel-Keleten és másutt talált hominida-maradványok felfedezései a molekuláris biológia fejlődésével együtt új tudományágat, a molekuláris paleoantropológiát indítottak el. Ez a kutatási terület egyre több bizonyítékot szolgáltat az ember és az afrikai majmok közötti genetikai rokonságra.
A közvélemény-kutatások azt mutatják, hogy sokan hisznek abban, hogy az isteni beavatkozás aktívan irányította az ember evolúcióját. A tudomány nem tud nyilatkozni arról, hogy a természetfeletti erők milyen szerepet játszhatnak az emberi ügyekben. De a tudományos vizsgálatok arra a következtetésre jutottak, hogy ugyanazok az erők, amelyek a Föld összes többi életformájának evolúciójáért felelősek, az ember evolúcióját is meg tudják magyarázni.