Seis especies de llacas o "mouse opossums" del género Thylamys se han descrito para Sudamérica, de las cuales investigamos las relaciones evolutivas de aquellas localizadas en el Altiplano y las quebradas de la Primera Región de Chile, y en localidades ubicadas al sur del Desierto de Atacama hasta los 37º S. Luego de secuenciar el gen mitocondrial citocromo b en ejemplares de diversas localidades del norte y centro de Chile, analizamos filogenéticamente las secuencias bajo los criterios de parsimonia, distancia y verosimilitud con el programa PAUP 4,0. Los diferentes análisis filogenéticos usados fueron concordantes, mostrando dos clados claramente definidos: uno constituído por Thylamys pallidior que incluyó especímenes de la Quebrada de Camarones y de la pre-cordillera de la Primera Región de Chile, y el otro conformado por Thylamys elegans de poblaciones al sur del Desierto de Atacama. Demostramos de este modo, que las poblaciones de las quebradas de la Primera Región de Chile corresponden a T. pallidior, lo cual estaría facilitado por la continuidad biogeográfica entre estas quebradas y la Prepuna andina, mientras que las llacas localizadas al sur del Desierto de Atacama, se reconocen como T. elegans. Lo anterior ratifica la existencia de dos especies de llacas en Chile