Paleontology is a broad field of study that focuses on the history of life on Earth. Skamieniałości, które są materialnymi pozostałościami (kości, zęby, muszle) lub śladami (fizycznymi lub chemicznymi) starożytnych organizmów, są tym, co badają paleontolodzy.
Skamieniałości organizmów jednokomórkowych znane są ze skał mających około 3,5 miliarda lat, a chemiczne ślady życia (izotopy węgla domniemanego pochodzenia biologicznego) mogą sięgać jeszcze dalej w przeszłość. Niezaprzeczalnym faktem jest, że zapis kopalny jest niekompletnym archiwum historii życia, a dotyczy to zwłaszcza organizmów o słabych możliwościach konserwacyjnych, takich jak miękko zbudowane robaki i meduzy. Jednakże, jakość zapisu kopalnego jest zaskakująco dobra dla tych zwierząt, które mają trwałe szkielety, takie jak ramienionogi, trylobity, mięczaki i kręgowce.
Wiele subpól mieści się w szerokim pojęciu paleontologii. Większość współczesnych paleontologów skupia swoje wysiłki na opisywaniu skamieniałości i rozszyfrowywaniu historii ewolucji, czyli filogenezy. Ci „paleobiolodzy” zwykle specjalizują się w konkretnych grupach kopalnych organizmów, takich jak jednokomórkowe prokariota lub eukariota, rośliny, bezkręgowce lub kręgowce. Dzięki ich wysiłkom naukowcy zyskują głębsze zrozumienie ewolucji i różnicowania się życia w czasie. Naukowcy zyskują również lepsze zrozumienie procesu ewolucji, ponieważ zapis kopalny dostarcza długoterminowego zapisu ewolucji w działaniu. Rzeczywiście, proponowane tryby zmian ewolucyjnych, takie jak gradualizm i równowaga punktowa, są oparte na wzorcach pochodzących bezpośrednio z zapisu kopalnego.
Inną aktywną gałęzią badań paleontologicznych jest paleoekologia, która zajmuje się badaniem związków i interakcji między kopalnymi organizmami i ich paleośrodowiskami. Paleontolodzy zaangażowani w badania paleoekologiczne mogą skupić swoje wysiłki na jednym taksonie. Na przykład, paleontolog może zdecydować się na badanie działalności drapieżniczej konkretnego kopalnego ślimaka poprzez śledzenie charakterystycznych śladów jego drapieżnictwa (otworów) w związanych z nim kopalnych muszlach małży. Inny paleontolog może zbadać skamieniałe liście i zdrewniałe tkanki starożytnych drzew w celu zidentyfikowania diagnostycznych śladów kopalnego owada, który zarabiał na życie w tkankach wymarłej rośliny. Jeszcze inny może badać zawartość skamieniałych odchodów (zwanych koprolitami) w celu rozszyfrowania preferencji żywieniowych i możliwości trawiennych wymarłego gatunku dinozaura. Na większą skalę paleontolodzy mogą zdecydować się na śledzenie zmian ekologicznych w całych społecznościach na przestrzeni czasu. Doskonałym przykładem tego typu badań paleoekologicznych byłaby analiza starożytnych zbiorowisk roślinnych w odpowiedzi na długotrwałe zmiany klimatyczne.
Jeszcze inną współczesną dziedziną w obrębie badań paleontologicznych jest taponomia, czyli badanie sposobu, w jaki szczątki organiczne są włączane do zapisu skalnego. Analizy taponomiczne koncentrują się na pośmiertnej historii szczątków biologicznych, takiej jak rozkład, dezartykulacja (oddzielenie części ciała), transport (być może poza siedlisko życia) i pochówek. Badania taphonomiczne mogą ujawnić ważne trendy i uprzedzenia w zapisie kopalnym, które muszą być rozpoznane w celu stworzenia dokładnych rekonstrukcji paleoekologicznych i ewolucyjnych. Na najbardziej podstawowym poziomie taponomia wskazuje, że niedobór stworzeń o miękkich ciałach w zapisie kopalnym nie jest spowodowany niedoborem oryginalnych organizmów, ale słabym zachowaniem miękkich części ciała.
Wreszcie, wielu paleontologów zajmuje się dziś badaniami bezpośrednio związanymi ze zjawiskiem masowego wymierania, które niestety jest również współczesnym problemem ekologicznym. Śledząc zapis wymierania w czasie, paleontolodzy mogą zapewnić unikalny wgląd w potencjalne czynniki, które powodują dziesiątkowanie całych ekosystemów w skali globalnej, takie jak oddziaływania pozaziemskie. Mogą oni również docenić czas i charakter odbudowy biotycznej po głównych wydarzeniach związanych z wymieraniem.