O ADN antigo refere-se às moléculas de ADN extraídas de espécimes biológicos antigos. As moléculas de ADN são muito susceptíveis de se degradarem após a morte de um organismo, pelo que a obtenção de amostras é extremamente difícil. No entanto, os cientistas têm feito alguns esforços nesse sentido. Em 1980, investigadores da Universidade Médica de Hunan extraíram ADN e ARN de uma múmia feminina da tumba Han de Ma Wang Dui, no que foi o primeiro estudo de ADN antigo do mundo. Em 1984, cientistas da Universidade da Califórnia, em Berkeley, extraíram sequências de ADN mitocondrial de peles de burros-pintados, extintos há mais de 150 anos, preservadas num museu, e, após compararem essas sequências com as dos seus parentes próximos — cavalos, burros e zebras —, descobriram que os burros-pintados estavam mais estreitamente relacionados com as zebras do que com os cavalos ou burros. Dois anos depois, o geneticista alemão Svante Pääbo extraiu ADN de uma múmia com milhares de anos. Desde então, tem havido um grande entusiasmo em todo o mundo pela investigação do ADN antigo, que já produziu muitos resultados importantes.
Muitos estudos sobre o ADN antigo têm abordado o tema das relações filogenéticas, tendo desempenhado um papel importante na descoberta da identidade dos Neandertais e na resolução do mistério da sua relação com os humanos modernos. Em 1997 e 2000, cientistas alemães extraíram o ADN mitocondrial de Neandertais, provando que o ADN mitocondrial dos Neandertais não estava relacionado com o banco de genes mitocondriais dos humanos modernos, apoiando a teoria da origem regional única dos humanos modernos na Europa. No entanto, através da aplicação de novas técnicas de sequenciação no campo do ADN antigo, uma equipa de investigação alemã obteve 4 mil milhões de bases a partir de três esqueletos de Neandertais do sexo feminino e elaborou um esboço do genoma dos Neandertais. Através da comparação com os genomas de humanos modernos de cinco regiões do mundo, descobriram que 1% a 4% do ADN dos humanos modernos provém dos Neandertais, o que sugere que, após a saída da África, os humanos modernos encontraram os Neandertais no Médio Oriente e é muito provável que tenham havido intercâmbios genéticos limitados entre ambas as espécies. A extração e a sequenciação do ADN antigo dos Neandertais desvenda o mistério milenar da existência ou não de intercâmbios genéticos entre os Neandertais e os humanos modernos.