数量分类学的广泛应用，促使它的数学理论迅速发展，各种数学工具包括集合论、图论、概率论、统计学、线性代数、信息论和模糊数学都被引用进来，各种数学工具产生了不同的分类方法。方法的多样性满足各种应用的需要。 组合数学中的图论应用于分类产生了图论分类法。图论中的有向树图和赋权有向树图是利用数学方法描述生物演化关系的重要工具，从而图论成为定量分支分类的数学理论基础。有关分支分类的图论研究发展很快。数学理论的发展，导出更完善的分支分类方法。图论方法的另一个发展方向是利用赋权无向图理论中的最小生成树来表现生物分类关系。它也可用于表征分类。
图论分类法作为分支分类的工具广泛应用于古生物、遗传和进化理论的研究，20世纪70年代以后随着分子生物学的发展，图论分类法被应用于研究各种蛋白质和核酸等生物大分子的分类。从分子的水平上描述遗传与进化的规律。图论分类法很不完善，有待解决的问题很多，但是由于它的重要性，发展迅速。 多元统计中主分量分析也应用于分类。在分类问题中，众多性状具有相关性，在性状为坐标的多维空间中如果能找到一个方向，性状在该方向上反映的离差变化最大，沿此方向就确定了一个向量称为第一主分量，其次为第二、三、……主分量。这种方法犹如从多性状的复杂事物中抓主要矛盾，利用抓主要矛盾的运算技巧，把一个多维的分类问题简化为低维空间上的简单问题。从而使分类问题迎刃而解。
主分量分类法发展较早，它的数学基础是线性代数有关特征值与特征向量的内容，为了认识表现复杂的生物学问题它是一个十分得力的工具。图4给出中国猪种主分量分析结果。通过分析指出，认识中国猪种的3个主要方面是猪体型大小、生殖能力和产肉脂肪率。相应于3个主分量的坐标图中，画出48个主要猪种的位置，对中国猪种给出十分形象的空间描述。主分量分类法不仅对生物分类，在生态学、环境科学以及农、林、医等实际问题中都得到广泛应用。 建立在模糊集合概念之上的分类方法称为模糊分类法。由于许多生物表现性状都属于模糊概念，模糊分类更适合生物分类的需要。已应用于图象识别等领域。
