La systématique moderne prend en compte tous les caractères héritables et même les pertes secondaires de caractère, pertes secondaires que l'embryologie, par exemple, peut mettre en lumière. Les caractères vont de ce qui est visible (anatomie et morphologie, fondement de la classification traditionnelle) jusqu'aux séquences d'ADN et d'ARN, en passant par les protéines et les données de la paléontologie. Le séquençage de certaines parties du génome, comme l'ADN des mitochondries ou l'ARN des ribosomes a permis dans les dernières années de faire des progrès importants dans la classification et de résoudre maints problèmes séculaires.
Les caractères partagés sont donc le point de départ de la méthode cladistique, mais de ces caractères ressemblants les seuls valables pour être attribués à un taxon (un taxon est un nom de groupe, comme mammifère, ou arthropode) sont ceux qui ont été hérités d'un ancêtre commun. Cette propriété d'être un caractère hérité se dit des caractères apomorphes, partagés par au moins deux taxons, ou au moins par deux espèces. Un caractère apomorphe est un caractère ancestral, une apomorphie, mais lorsqu'au sein d'une lignée d'êtres vivants l'évolution le transforme il devient le caractère propre d'un nouveau groupe. On dit dans ce cas que c'est un caractère propre dérivé, une synapomorphie. Par exemple la synthèse du phosphate de calcium (pour se fabriquer un squelette osseux) est une synapomorphie chez tous les crâniates, mais c'est une apomorphie chez les mammifères, qui eux ont leurs propres synapomorphies liées à leurs os, tout comme les oiseaux ont les leurs. Le caractère « phosphate de calcium » (ou « os ») est donc synapomorphique chez les crâniates et apomorphique chez les oiseaux et chez les mammifères. Oiseaux et mammifères sont donc forcément des crâniates mais avec le caractère phosphate de calcium la méthode cladistique ne peut nommer comme taxon valable au sein de la classification que les craniâtes eux-mêmes, c'est-à-dire le groupe ayant les caractères dérivés partagés et non pas les caractères primitifs partagés. Oiseaux et mammifères seront donc définis selon leurs propres synapomorphies. Comme la construction de la classification se fait en subordonnant les taxons les uns aux autres il en résulte une organisation en forme d'arbre, où le vivant dans son ensemble est représenté par le tronc de l'arbre. Le tronc se divise d'abord en branches qui se divisent ensuite à leur tour en d'autres branches. Chacune de ces branches, appelées « clades » (du grec κλάδος, klados, « branche »), est un taxon disposant d'au moins une synapomorphie qui le caractérise et qui le rend valable au sein de la classification. Les points d'où bourgeonnent les branches les unes à partir des autres, les nœuds, représentent les ancêtres de chaque groupe. L'expression graphique d'un clade ou ensemble de clades est un cladogramme.
Les cladogrammes qui constituent le grand cladogramme qu'est l'arbre du vivant, de par le nombre gigantesque de caractères et d'espèces pris en compte, font appel à des algorithmes complexes exécutés par des logiciels spécialisés. Des algorithmes différents peuvent donner des résultats différents. Dans ce cas, celui qui répondra le plus au critère de parcimonie sera retenu. C’est-à-dire que de tous les arbres possibles, de tous les cladogrammes possibles, le plus parcimonieux sera celui demandant le minimum de transformations de caractères. L'arbre du vivant est, en effet, un ensemble de points de branchements, de niveaux. Chaque niveau étant assimilé à un nœud les nœuds sont obligatoirement un organisme théorique qui posséderait les synapomorphies partagées par les nœuds postérieurs dans le cladogramme. Si un nouvel organisme (fossile ou vivant) est découvert, possédant ou pas ces synapomorphies ou en possédant d'autres, un nouvel arbre doit être construit. À terme, si l'arbre restitue la totalité des relations de parenté, tous les branchements devraient être binaires. Le sens des dichotomies n'a rien à voir avec la sexualité (comme l'expression des mariages dans un arbre généalogique) ni avec des spéciations binaires (une ou deux espèces évoluant à partir d'une autre), car l'arbre n'est pas une généalogie (« qui descend de qui ») mais reflète uniquement un pouvoir explicatif maximal de l'arbre : un arbre totalement dichotomique réussit à restituer uniquement toutes les relations de parenté (« qui est plus proche de qui ») au sein d'un groupe d'organismes soumis à la méthode. La classification actuelle est continuellement remaniée en fonction de nouvelles informations, mais les exemples de classification peuvent toujours avoir à être modifiés car ils dépendent constamment de l'arrivée de nouvelles données empiriques. Par exemple selon la classification de Lecointre et Le Guyader la première division de l'ensemble du vivant est pour l'instant réduite à trois clades :
Savoir lesquels de ces trois groupes partagent un ancêtre commun qui les distingue du troisième est un sujet de recherche, comme ce l'est d'ailleurs avec tous les taxons non binaires (les « arbres non enracinés », ceux que la recherche n'a pas encore pu diviser en deux taxons de base). Certains chercheurs ont déjà proposé leur propre cladogramme, faisant de deux de ces trois clades un ensemble de deux groupes frères, ensemble qui serait à son tour le groupe frère du troisième. Par exemple Colin Tudge a proposé un arbre enraciné où les archées et les eucaryotes sont un ensemble de deux groupes frères, ensemble qui à son tour est le groupe frère des eubactéries. La classification de Tudge n'est qu'un exemple car les chercheurs sont réellement divisés quant aux différentes positions prises à ce sujet.