A metagenômica tem revelado que, assim como os vírus, as bactérias possuem o RNA como material genético ao invés do DNA, motivo pelo qual marcadores moleculares de RNAr bacteriano estão sendo utilizados em estudos de sistemática molecular.

Os estudos de sistemática molecular indicam que todos os organismos procariotos são mais estreitamente relacionados entre si que com organismos eucariontes, pertencendo, portanto, a um reino próprio, o Monera. Esses estudos também mostraram que mutações são muito raras na natureza, de modo que os procariontes estão pouco sujeitos a processos evolutivos.

Os estudos de sistemática molecular indicam que organismos anteriormente classificados como bactérias são mais estreitamente relacionados aos eucariotos e pertencem a um domínio próprio, Archaea. Esses estudos também mostraram que a transferência horizontal gênica é comum e desempenha um papel importante na evolução em procariotos.

A sistemática molecular não tem contribuído muito com a filogenia de organismos procariotos, pois não há ainda uma técnica adequada para analisar os genes desses organismos. Desse modo, a metagenômica é inviável para o estudo de genes de microorganismos a partir de amostras ambientais.

A metagenômica mostrou que algumas linhagens de bactérias são mais estreitamente relacionadas aos vírus, por não possuírem células, contendo apenas material genético envolto por uma cápsula proteica e, por isso, são chamadas bactérias gram-negativas.