与趋同相对应，又称为分歧进化。趋异产生的物种在形态结构，生理机能方面并没有普遍提高，进化处于同一水平。趋异进化是分化式（生物类型由少到多）进化的基本方式，是生物多样化的基础。自生命起源直到现今的生物界，是生物不断趋异的结果。如果趋异在较短的时间内向各个方向分化，使得同一来源的生物产生大规模的趋异，则称为辐射。

如中生代的恐龙、鱼龙和翼龙，后两者虽不属于恐龙，但它们与恐龙有共同的爬行动物祖先，是其祖先通过适应不同的生活环境产生的趋异演化的结果。北极熊是从棕熊趋异演化而来。更新世时，冰川将一群棕熊从主群中分离出来，它们通过适应北极严寒环境演化成北极熊。北极熊的一些特征显示其更适应北极环境，如其白色毛与环境颜色一致，便于猎捕食物；足掌有刚毛，能在冰上行走而不致滑到，且具有御寒的作用。由于北极没有植物，所以北极熊是肉食动物，而棕熊却以植物为主要食物。