Ein Teil der modernen Synthese der Evolutionstheorie umfasst die Populationsbiologie und auf einer noch kleineren Ebene die Populationsgenetik. Da die Evolution in Einheiten innerhalb von Populationen gemessen wird und sich nur Populationen und nicht Individuen entwickeln können, sind Populationsbiologie und Populationsgenetik komplizierte Teile der Evolutionstheorie durch natürliche Selektion.
Als Charles Darwin zum ersten Mal seine Ideen zur Evolution und natürlichen Selektion veröffentlichte, musste das Gebiet der Genetik erst noch entdeckt werden. Da die Verfolgung von Allelen und Genetik ein sehr wichtiger Teil der Populationsbiologie und Populationsgenetik ist, hat Darwin diese Ideen in seinen Büchern nicht vollständig behandelt. Mit mehr Technologie und Wissen können wir nun mehr Populationsbiologie und Populationsgenetik in die Evolutionstheorie einbeziehen.
Dies geschieht zum einen durch das Zusammenwachsen von Allelen. Populationsbiologen untersuchen den Genpool und alle verfügbaren Allele in der Bevölkerung. Sie versuchen dann, den Ursprung dieser Allele durch die Zeit zurück zu verfolgen, um zu sehen, wo sie angefangen haben. Die Allele können durch verschiedene Linien auf einem Stammbaum zurückverfolgt werden, um zu sehen, wo sie sich vereinigen oder wieder zusammenfinden (eine alternative Sichtweise ist, wenn sich die Allele voneinander abzweigen). Merkmale verschmelzen immer an einem Punkt, der als der letzte gemeinsame Vorfahr bezeichnet wird. Nach dem letzten gemeinsamen Vorfahren trennten sich die Allele und entwickelten sich zu neuen Merkmalen, und höchstwahrscheinlich führten die Populationen zu neuen Arten.
Die Koaleszenztheorie hat, ähnlich wie das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht, einige Annahmen, die Änderungen in Allelen durch Zufallsereignisse eliminieren. Die Koaleszenztheorie geht davon aus, dass es keinen zufälligen genetischen Fluss oder keine genetische Abwanderung von Allelen in die oder aus den Populationen gibt, dass die natürliche Selektion für die ausgewählte Population im gegebenen Zeitraum nicht funktioniert und dass Allele nicht neu kombiniert werden, um neue oder komplexere zu bilden Allele. Wenn dies zutrifft, kann der letzte gemeinsame Vorfahr für zwei verschiedene Linien ähnlicher Arten gefunden werden. Wenn eines der oben genannten Elemente im Spiel ist, müssen einige Hindernisse überwunden werden, bevor der letzte gemeinsame Vorfahr für diese Spezies identifiziert werden kann.
Mit zunehmender Verfügbarkeit von Technologie und Verständnis der Koaleszenztheorie wurde das dazugehörige mathematische Modell optimiert. Diese Änderungen des mathematischen Modells ermöglichen, dass einige der zuvor hemmenden und komplexen Probleme mit der Populationsbiologie und Populationsgenetik behoben wurden und alle Arten von Populationen mit Hilfe der Theorie verwendet und untersucht werden können.