Paleontologija je proučavanje drevnog ili prapovijesnog života na Zemlji. Njegov glavni cilj je istražiti evoluciju biljnih i životinjskih vrsta, kao i drevne zemaljske ekosustave i klimu u cjelini. Iako se bavi životom, paleontologija je zapravo grana geologije; proučavanje fizičke prirode.
Paleontologija koristi fosile organizama kako bi nagađala o uvjetima na Zemlji tijekom njihova života. Promjene pojedinih vrsta organizama također pomažu odgovoriti na pitanja koja se tiču evolucije. Budući da su fosili ugrađeni u kamene formacije različitih tipova, paleontologija se oslanja na geologiju, pa su to dvoje usko povezani. Promatrajući fosile, njihov sastav, smještaj i okolni očuvani okoliš, paleontolozi mogu shvatiti klimu i njezine promjene tijekom određenog razdoblja.
Kako je paleontologija podznanost geologije, na sličan način postoji niz posebnih područja koja spadaju u granu paleontologije. Ove podskupine uključuju mikropaleontologiju, paleobotnu i paleozoologiju. Mikropaleontologija se odnosi na proučavanje fosiliziranih mikroorganizama kao što su jednostanična bića ili spore i pelud iz biljnog svijeta. Paleobotny se bavi fosiliziranim biljnim svijetom, a paleozoologija se bavi životinjskim fosilima kao što su dinosauri i primitivna ljudska bića.
Osim akademske i znanstvene važnosti, paleontologija je korisna u rudarskoj industriji. Budući da je iz različitih razloga važno odrediti starost geoloških formacija, paleontologija je korisna zbog svog sustavnog pristupa određivanju starosti fosila. Gledajući fosile pronađene u stijeni, paleontolog može brzo odrediti starost stijene, što je lakši proces od utvrđivanja starosti stijene isključivo prema njezinim fizičkim svojstvima.
Iako se obično ne smatra znanošću o očuvanju, paleontologija je od neprocjenjive važnosti za naše razumijevanje okoliša i klimatskih ciklusa koji prirodno postoje na Zemlji što pridonosi našem razumijevanju toga gdje se mi kao ljudi uklapamo u našu trenutnu ekološku krizu. Što je još važnije, budući da je Zemlja prošla kroz različite cikluse zagrijavanja i hlađenja, paleontologija nam može dati uvid u to kako organizmi reagiraju; bilo da se prilagođavaju ili propadaju. Iako mnogi ljudi brzo okrivljuju ljudska bića za ekološke probleme s kojima se danas susrećemo, paleontologija istražuje slične događaje na našem planetu mnogo prije nego što smo imali priliku to promijeniti. To nam može dati neprocjenjiv uvid u moguća rješenja u sprječavanju ili usporavanju daljnje štete.