Actualmente, la vida en la Tierra se manifiesta en múltiples formas y se distribuye por una amplia variedad de ambientes, que presentan condiciones físico-químicas muy diversas y, en algunos casos, muy alejadas de los valores considerados óptimos tanto para la estabilidad de las moléculas biológicas como para el desarrollo de las funciones vitales básicas. El estudio, a nivel molecular, de los procesos que han facilitado que pueda surgir tan elevado grado de diversidad biológica en un planeta inicialmente inerte constituye el objetivo principal de la investigación que se lleva a cabo en el Departamento de Evolución Molecular.
Esta se estructura alrededor de tres grandes líneas (Química prebiótica y física de sistemas complejos, Evolución molecular y Mecanismos moleculares de la mdaptación biológica) que se desarrollan en seis grupos de investigación: