Hal ini berkaitan dengan semua aspek biologi bentuk kehidupan purba: bentuk dan struktur, pola evolusi, hubungan taksonomi dengan satu sama lain dan dengan spesies kehidupan modern, distribusi geografis, dan hubungan dengan lingkungan.

Paleontologi adalah saling bergantung dengan stratigrafi dan geologi sejarah karena fosil merupakan sarana utama dimana strata sedimen diidentifikasi dan berkorelasi dengan satu sama lain. Metode-metode penyelidikan termasuk yang dari biometri (analisis statistik yang diterapkan untuk biologi), yang dirancang untuk memberikan gambaran tentang bentuk organisme statistik dan ekspresi hubungan taksonomi kuantitatif.

Paleontologi telah memainkan peran penting dalam merekonstruksi sejarah Bumi dan telah memberikan banyak bukti untuk mendukung teori evolusi. Data dari penelitian paleontologi, apalagi, telah membantu ahli geologi minyak bumi dalam menemukan deposit minyak dan gas alam.

Terjadinya bahan bakar fosil seperti sering dikaitkan dengan keberadaan sisa-sisa bentuk kehidupan kuno tertentu.

Penelitian paleontologi dimulai tahun 1800-an. Pada tahun 1815 ahli geologi Inggris William Smith menunjukkan nilai menggunakan fosil untuk studi strata. Tentang waktu yang sama, ahli zoologi Perancis Georges Cuvier memulai studi banding dari struktur hewan yang hidup dengan sisa-sisa fosil.