替代模型（substitution model），理学-生物学-进化生物学-分子系统发生学，用于刻画核苷酸或氨基酸替换过程的马尔可夫链模型。通常假设序列中的核苷酸位点是独立进化的，每个位点的进化过程用一个连续时间离散状态的马尔可夫链来描述，其状态即为四个核苷酸（T，C，A，G）。马尔可夫链的主要特征是无记忆性，即“给定现在，未来不依赖于过去”。换句话说，链跳转到其他状态的概率仅取决于当前状态，与如何达到当前状态无关，这种性质称为马尔可夫性。常用的核苷酸替代模型包括JC69模型、K80模型、HKY85模型、GTR模型。核苷酸替代模型用于估计两个序列间的遗传距离，也用于极大似然法和贝叶斯分析。氨基酸替换模型同法构建，20个氨基酸即是马尔可夫链的20个状态。