分子人类学（molecular anthropology），利用现代分子生物学的技术、方法和手段对人类和高等灵长类的生物大分子（核酸和蛋白质）进行比较分析，以揭示人类起源、发展过程和规律的学科。是分子生物学和人类学交叉产生的人类学分支学科。利用生物大分子的异同进行物种亲缘关系的研究可以追溯到1904年，1962年首次使用分子人类学术语。

基本方法是比较两个群体或物种（灵长类）的某些特定的脱氧核糖核酸(DNA)或蛋白质的异同，通过分子变化速率来推算这两个群体或物种在进化过程中共有一个祖先的最后时间，或两者分离时的时间。分子变化速率估算的理论基础是20世纪60年代日本学者木村资生提出的中性突变理论，认为有些突变不受自然选择的影响，进化速率因而恒定。恒定的进化速率就像一个不停走动的“分子钟”的走时，其速率可用来估计和校核化石的年代和分类地位。如物种A和B最后共同祖先的化石出现于1 500万年前，而现在能观察到的某DNA或蛋白质分子在A和B之间的遗传差异是1.5％，进化速率可计算为每百万年变化0.1％。按此速率，根据观察到A和C的遗传差异可计算出A和C在进化过程中分离的时间。很显然，有很多因素可以影响到“分子钟”的“精确度”，如进化速率的大小和恒定的程度在不同的DNA或蛋白质中会有所不同；即便是相同的DNA或蛋白质，在不同的分类单元中其变化也会有快有慢，在进化的漫长过程中也可能时快时慢。分子人类学家的任务之一就是通过比较选择出变化相对恒定的DNA或蛋白质分子作为“分子钟”。对人类和大猿类的蛋白质或DNA的比较可以确定人类和大猿类在进化上分离的时间，也就是人类何时脱离自然界而进化成人类的重大问题。美国学者于60年代首次利用“分子钟”对灵长类血清蛋白进行了免疫学比较分析，得出人类和大猿类分离的时间应是在400万～500万年以前。对人类多群体的蛋白质或DNA的比较可以确定所研究人类群体在人类进化或历史上相互分离的时间和彼此间的关系，对现生人类所有群体的研究则能够回答现代人类的起源时间和地点。有关学者1987年发表对147个个体的线粒体DNA的限制性内切酶的研究结果表明：非洲大陆的群体有着较大的线粒体变异（暗示着非洲是最古老的人类居住地）；而非洲以外的线粒体DNA的变异体大多可以在非洲的群体中发现（暗示着其他洲的人类都是非洲的移民）；线粒体的“分子钟”和系统树的构建表明所有的现代人类的线粒体DNA都可以追溯到20万年前在非洲的一个线粒体DNA。因为线粒体是母系遗传，大众媒体简化成所有的人类均来自非洲的一个妇女，并根据圣经故事取名“夏娃”。线粒体夏娃理论和人类学中关于现代人类多地区起源说成为现代人起源的两大学说。

分析比较古代人类DNA是分子人类学研究中的一个新领域。鉴于分子生物学技术的迅猛发展，特别是PCD技术的应用，古人类DNA的研究取得了许多重要成果。如从3个欧洲尼安德特人和澳大利亚现代型人化石中提取出的线粒体DNA，与现代人类群体的DNA有很大差别。但是，由于多种原因，古人类标本中的DNA一般都有不同程度的降解，通过PCD方法只能获得一些短的DNA片段（一般少于300个碱基对），所以人们对其结论还有所保留。随着人类基因组项目的完成和分子生物学技术的进一步发展，越来越多的人类群体的DNA数据会得到收集和分析，通过更优化的计算机程序对比，用DNA数据重建的人类起源、进化和发展的“过程图”会越来越“细”，对某一些地区或一些群体的遗传特征的认识也会更全面。而且，新的生物技术的发展同时也会扩大分子生物学技术在人类学上的应用，如古代DNA技术可以用来鉴定古代人类骨骼的性别，确认祖先和家庭关系，以及诊断人类遗传和传染疾病等。