Las pruebas de ADN mitocondrial actuales nos han brindado mucha información valiosa sobre la historia temprana de la humanidad. Su contribución más importante ha sido la verificación de la teoría de fuera de África, también conocida como la reciente hipótesis del origen único. La teoría de fuera de África afirma que toda la humanidad desciende de un grupo fundador que se originó en el este de África, probablemente en algún lugar de la actual Tanzania. Su principal competidor, ahora ampliamente descartado, es la teoría del origen múltiple, un grupo de afirmaciones relacionadas de que la humanidad se originó por separado en diferentes áreas, de diferentes simios prehumanos, y posteriormente se cruzó.
El tipo de prueba de ADN que se utiliza con más frecuencia para estudiar los primeros orígenes de la humanidad es la prueba de ADNmt, también conocida como ADN mitocondrial. El ADN mitocondrial consiste en pequeños fragmentos de ADN que se encuentran en las mitocondrias (plantas de energía) de las células. Se transmite matrilinealmente, lo que significa que obtienes tu ADNmt de tu madre. Existe otro tipo de ADN, el ADN cromosómico Y, que se transmite de forma patrilineal. Las diferentes formas de pruebas de ADN están asociadas con ambos. La razón por la que estos dos tipos de ADN son especialmente útiles para estudiar las primeras migraciones humanas es que son el único ADN que no se reorganiza constantemente debido a la recombinación genética.
La fecha en la que el ancestro común del ADNmt de todos los seres humanos vivos, conocido como «Eva mitocondrial», estaba vivo, viene dada por las pruebas de ADN como hace unos 140,000 años. Este no es el antepasado común más reciente de todos los seres humanos, que vivió mucho más recientemente, hace sólo 2,000 a 5,000 años, sino el antepasado común más reciente a través de la línea del ADNmt. Al estudiar cómo los haplogrupos de ADN se ramifican a partir de la Eva mitocondrial mediante la prueba del ADNmt de miles de personas en todo el mundo, los científicos pueden obtener una imagen aproximada de cómo fueron los primeros patrones de migración.
Según las pruebas de ADN, los humanos modernos se originaron hace aproximadamente 140,000 años en el este de África, donde vivieron exclusivamente durante varias decenas de miles de años. Esto corresponde al haplogrupo L1. Hace entre 84,000 y 107,000 años, los humanos se extendieron por el resto de África, dando lugar a los haplogrupos L2 y L3, que se dirigieron hacia el oeste y el noreste respectivamente. La mayoría de los afroamericanos modernos son miembros del haplogrupo L2.
Hace unos 72,000 años, un pequeño grupo del haplogrupo L3, probablemente de sólo 100-200 individuos, cruzó el Mar Rojo hacia el actual Yemen. Estos son los antepasados de todos los humanos fuera de África. Se extendieron a Europa, Asia y Australia, adonde llegaron hace unos 50,000 años. Hace unos 12,000 años, se produjo una migración discreta similar sobre el puente terrestre de Bering hacia las Américas. Este grupo son los antepasados directos de todos los nativos modernos de América del Norte y del Sur. Más recientemente, los humanos colonizaron las islas del Pacífico desde puntos de partida en el sudeste asiático. La evidencia antropológica y arqueológica apoya en gran medida esta visión de la migración humana temprana.