日本語の起源を解明するための方法の一つとして、比較言語学が用いられる。比較言語学は歴史言語学のうち印欧語族の起源を明らかにするなかで発展してきたものである。主な手法は、「祖語」を仮説的に想定し、それに沿って言語変化の規則を比較・対照することによって言語間の系統関係を導き出すという方法である。文献資料のないオーストロネシア語族に適用しても数多くの業績が出ているので、8世紀頃までのものしか文献資料が見つかっていない日本語にも、ある程度は適用可能とされてきた。しかし、例えば比較言語学者高津春繁も、セム・ハム語族の研究においてすら、印欧語族の比較方法をそのまま用いることは無理であるとしている[11]。
言語類型論

しかしながら印欧語族の系統樹と東アジア諸言語の系統樹とは当然異なるものであり、近年は比較言語学の通時主義を包摂する形で地理的背景にも配慮する言語類型論などの観点からも研究が行なわれている[1]。
その他の関連分野によるもの
比較神話学

比較言語学と連携して進められた比較神話学の方法も大林太良や吉田敦彦らによって進められてきた。比較神話学は基本的には神話や説話の構造や特性を比較分析するものであるが、要素の単位をどこまで限定できるかという問題がある。構造神話学者クロード・レヴィ＝ストロースは言語学の音素概念に影響された「神話素（英語版）」概念を創造し使用しているが、分析概念としての有効性は未確定である。しかしながら参考となる知見も当然あり、比較神話学的分析によれば日本神話は北方民族（北東ユーラシア）と南方民族（東南アジア、太平洋諸島ポリネシア等）との混合とされ、日本語の起源に関する言語学的研究の成果との対応がみられる。
考古学・民俗学

より新しい時代に起源を求める場合には、考古学的遺物・遺構や習俗の類似も日本語の起源の傍証となる場合がある。大野晋などの主張によれば、言語と文化は一致するものではないにせよ、完全に無関係のものとして分けきれないものである。
分子人類学詳細は「日本人#分子人類学による解析」を参照

日本語の担い手である日本人の人類学的ルーツを探ることで、日本語の起源を探ろうとするアプローチである。この分野は学術的な調査が進行している状況であり、学会の統一された見解は存在しない。このアプローチによる主張は、言語学的手法に沿ってなされているわけではなく、遺伝子における共通性から文化や言語などにおいて類似性も見られるグループは存在している可能性があるのではないか、という事を示唆するものである。「父系言語仮説」も参照

一般に、父系のみで遺伝するY染色体のハプログループと、言語の系統関係(どの語族に属すか)との間に一定の相関があることから、Y染色体ハプログループを手掛かりに同系の言語を探ることができる。日本語の場合は多数派であるO-M176, D-M55, O-M122などを手掛かりにすることになる。
これまでに唱えられた日本語系統論の主要な学説

以下、これまでに言語学的見地から唱えられた主要な説について解説する。
アルタイ語族説「アルタイ諸語」も参照

アルタイ語族説は最小でモンゴル語族・テュルク語族・ツングース語族の3語族[注 4]を同族とする仮説だが、ここに日本語も含まれるとする拡大仮説。アルタイ語族説を主張する学者は他の語族説を主張する学者より多く、ラムステッドやポリワーノフ、 ポッペなどがいる。この説の基礎理論的な課題は、ツングース語族、朝鮮語（古代朝鮮語）の内的再構がどの程度まで可能かである。カール・ハインリック・メンゲス（英語版）は日本語を含むアルタイ諸語は類似性が多く、共通する基礎語彙さえ多ければ同語族と言えると主張した[12]。

アルタイ語族に属するとする説は、明治時代末から特に注目されてきた[13]。その根拠として、古代の日本語（大和言葉）において語頭にr音が立たないこと、一種の母音調和[14]がみられることなどが挙げられる[15]。またかつてウラル・アルタイ語族という分類がなされていた時代には、それと日本語をつなげる見方もあったが、今はウラル・アルタイ語族という分類自体が無いとする考えが支持されている。

ミラー (1967, 1971) は、サミュエル・マーティンの日本・朝鮮共通祖語を元に、モンゴル語、テュルク諸語、ツングース諸語の語形も参照しながら分析を展開している[16]。他には、カール・H・メンゲス (1981) [17] やセルゲイ・スタロスティン、辞典ではEtymological Dictionary of the Altaic Languages(アルタイ語族語源辞典の意)[18]などがある。服部四郎、野村正良、池上二良らは日本語の系統問題には慎重ではあったが、日本語をアルタイ系の言語とする仮説に沿って研究を進めていた。また南島（オーストロネシア）語研究で知られる泉井久之助も、日本語の系統はアルタイ系とみなしていた。

現在は、より包括的な大語族または超語族という概念で分類を再考している流れもある（マクロアルタイ説・ユーラシア大語族説・ノストラティック大語族説など）。しかしこの包括理論によって日本語の系統の解明が進む可能性は低いとされている。これに対してツングース諸語・満州語・日本語・朝鮮語に対象領域を縮小し比較の精度を上げる研究の流れもある（ボビン (2003) )。
朝鮮語同系説

朝鮮語と日本語を同族とする仮説。古くは儒学者の新井白石 (1717) が朝鮮語の「海」=パダを日本語と比べた[19]。後にウィリアム・ジョージ・アストン (1879) や白鳥庫吉 (1897) などにより、語彙を中心とした比較が行われた。比較言語学の手法に基づく初めての本格的な研究は、金沢庄三郎『日韓両国語同系論』(1910) である。なお金沢の著作は「日鮮同祖論」(1929) をはじめ朝鮮半島政策の正当性を証明する根拠としてひろく引用されたため、戦後は糾弾の対象として嫌悪され、忘却されたが、金沢自身はあくまで学術的な関心として研究し、政治的意図を持っていなかった。

サミュエル・マーティンは両言語の音対応の法則性から日本・朝鮮共通祖語を再構し、この音対応法則は後にミラーやジョン・ホイットマンらによって大きく改良された。ただし、再構に2言語だけを使用したこと、対応しない語彙が多すぎること、対応するとされる語彙が借用である可能性があることなどの問題がある。一方で、ボビン (2003) のように、日本語と朝鮮語間でいくつかの文法的要素が一致する事を根拠に、系統的に同一のものと主張される場合もある。ほか、研究としては宋敏『韓国語と日本語のあいだ』（草風館、1999）がある。

マーティン・ロベーツ (2020) は、日本語族を「トランスユーラシア語族」（チュルク語族、モンゴル語族、ツングース語族、日本語族、朝鮮語族から成る語族）の一員に含めた上で、日本語族と朝鮮語族が姉妹群を成すとしている[20][21][22][23]。