对于分类学具有重要意义的高分子量化合物，包括不涉及信息传递的非信息载体大分子如淀粉、纤维素等；携带信息的信息载体大分子如DNA、RNA和蛋白质。其中，淀粉和纤维素等复杂多糖，尤其是淀粉粒在电子显微镜下的细微结构具有重要的分类学意义。

信息载体大分子中，由于对DNA和RNA的研究极大地促进了系统发育关系的理解，建立了一个新的领域——分子系统分类学，这个领域将在下节中单独介绍，因此，本节将仅对蛋白质的相关研究进行概述。

（一）系统血清学

随着血清学和免疫学的发展，系统血清学或称为血清分类学在19世纪末期开始形成，它是一种既方便又快速的方法，而且研究范围较广，从物种来源、种间关系、直到科间关系的探讨都可采用。该技术基于当哺乳动物被异种蛋白侵袭所表现的免疫学反应。具体方法可概述为一种植物的蛋白质被提取并注射到一个哺乳动物，通常为兔子、鼠或山羊。哺乳动物将产生抗体，每个特定的抗体对应一个抗原，然后提纯含有抗体的血清（抗血清），并将待试的另一种植物的蛋白质悬浮液（抗原）与之相混合而产生沉淀反应，反应的强度反映样品中蛋白质的相似度，因而在某种程度上可以反映植物的相似性，可作为分类学研究的性状。通常所得结果和依据形态学等其他资料所得到结果具有相关性。研究结果包括支持黄毛茛属的位置在毛茛科中，而不是在小檗科中；支持十大功劳属与小檗属的合并；支持菊科类豚草属和豚草属的合并等。

（二）电泳

电泳技术是基于蛋白质的分子大小和电荷大小的不同，在一定介质（目前多使用聚丙烯酰胺凝胶）中进行电泳，再经特异性染色，从而产生蛋白质谱的技术。常用的有SDSPAGE、等电聚焦技术和2 DE等，它可用于蛋白质表达谱的建立与比较分析。在分类学研究中，使用电泳技术对异型酶（相同酶的不同形式，在一个位点具有不同的等位基因）和同工酶（在多于一个的位点上具有不同的等位基因）的分离应用较多。尤其是同工酶谱的使用，因为它可以代表某些类群的遗传特征，因而可成为有价值的分类学证据，特别是在自然居群遗传变异以及进化关系的研究中是有效的手段。

（三）氨基酸序列分析

由于已知组成蛋白质的氨基酸仅有22种，因而蛋白质之间的不同在于多肽链上氨基酸序列的不同。目前随着质谱及相关技术的发展，对于氨基酸序列的分析已相对容易。其中细胞色素C和质体蓝素能够展示大量的平行置换（在不同有机体蛋白质中相同位置上由一个氨基酸变为另一个氨基酸的同样变化），因而获得了较为普遍的应用，在分类学研究尤其是系统发育研究中具有意义。