分子系统学研究者使用的资料来源于植物细胞内的不同基因组：线粒体基因组、叶绿体基因组和细胞核基因组。其中线粒体基因组和叶绿体基因组为母系遗传，而核基因组为双亲遗传。

（一）线粒体基因组

植物线粒体基因组在200～2500kbp之间，每个细胞中含有数个线粒体，而每个线粒体包含数个线粒体DNA的拷贝，因此每个细胞中线粒体的含量很高。但是由于其经历了大量的重组，以至于在同一个细胞内存在线粒体基因的变异，因而其在阐述植物系统发育关系上作用很小。

（二）叶绿体基因组

叶绿体基因组较小，在高等植物中为120～160kbp，为闭合环状分子，具有编码相同基因但方向相反的两个区域，称为反向重复序列，在反向重复序列之间是一大一小两个单拷贝区域。由于叶绿体DNA易于被分离和分析，且在结构、大小和主要序列方面高度保守，因此在植物分子系统学研究中承担着重要的角色。

（三）核基因组

核基因组较线粒体基因组和叶绿体基因组为大，通常有上百万至几十亿kbp。其进化速度较快，能更好地在种群水平上研究植物间的系统发育和亲缘关系。