La filogeografia si occupa dello studio della distribuzione geografica delle linee genetiche che sono presenti nelle popolazioni all'interno di una specie o in gruppi di specie filogeneticamente vicine. In Europa la distribuzione geografica della diversità genetica viene interpretata nel contesto dei cambiamenti climatici del Pleistocene, assumendo che i ripetuti cicli glaciali ed interglaciali abbiano determinato profonde trasformazioni nella distribuzione delle comunità e delle singole specie. Evidenze paleoecologiche e molecolari suggeriscono che le popolazioni di specie adattate ai climi temperati siano sopravissute alle glaciazioni in aree rifugio meridionali (sia nelle regioni Mediterranee che in Europa orientale), acquisendo caratteristiche genetiche peculiari. Nel corso dei periodi interglaciali, queste popolazioni hanno ricolonizzato l'Europa centrale e settentrionale, seguendo vie di dispersione che sono ricostruibili tramite l'analisi di specifici marcatori genetici. L'analisi filogeografica indica che ogni specie ha la propria storia. Tuttavia è possibile individuare alcuni "modelli" di filogeografia dei mammiferi in Europa: il modello classico dei rifugi meridionali (esemplificato dal caso del riccio, Erinaceus europaeus); un modello caratterizzato da successive fasi di colonizzazione da aree di speciazione in Eurasia (come nel caso del camoscio, Rupicapra), un modello caratterizzato dalla dislocazione settentrionale di intere popolazioni che scompaiono completamente dalle aree rifugio (come è avvenuto in alcune specie di chirotteri e di specie di ungulati a distribuzione settentrionale). Esistono, infine, casi di apparente mancanza di struttura filogeografica, come, ad esempio, nel caso del lupo e di altre specie ad elevato potenziale di dispersione e di flusso genico. L'analisi filogeografica consente di identificare alcune popolazioni di mammiferi distribuite nelle presunte aree di rifugio, comprendenti l'Italia centro-meridionale e la Sicilia, che hanno caratteristiche genetiche (e non solo genetiche) peculiari. L'analisi filogeografica contribuisce ad una miglior definizione della biodiversità e consente di ricostruire la storia delle popolazioni che si sono differenziate nel corso del Pleistocene.