Paleontologija yra senovės ar priešistorinio gyvenimo žemėje tyrimas. Pagrindinis jos tikslas – ištirti augalų ir gyvūnų rūšių evoliuciją, taip pat senąsias žemės ekosistemas ir klimatą apskritai. Nors ir rūpinasi gyvybe, paleontologija iš tikrųjų yra geologijos šaka; fizinės prigimties tyrimas.
Paleontologija naudoja organizmų fosilijas, kad spėliotų apie sąlygas žemėje per visą jų gyvenimą. Konkrečių organizmų rūšių pokyčiai taip pat padeda atsakyti į klausimus, susijusius su evoliucija. Kadangi fosilijos yra įterptos į įvairių tipų uolienų darinius, paleontologija remiasi geologija, todėl jos yra glaudžiai susijusios. Žvelgdami į fosilijas, jų sudėtį, išsidėstymą ir supančią išsaugotą aplinką, paleontologai gali išmatuoti klimatą ir jo pokyčius tam tikru laikotarpiu.
Kadangi paleontologija yra geologijos pomokslis, taip pat yra keletas specialių sričių, kurios patenka į paleontologijos šaką. Šie pogrupiai apima mikropaleontologiją, paleobotiją ir paleozoologiją. Mikropaleontologija reiškia suakmenėjusių mikroorganizmų, tokių kaip vienaląsčiai būtybės arba sporos ir augalų žiedadulkės, tyrimą. Paleobotny rūpinasi suakmenėjusiu augalų gyvenimu, o paleozoologija – su gyvūnų fosilijomis, tokiomis kaip dinozaurai ir primityvios būtybės.
Be akademinės ir mokslinės svarbos, paleontologija yra naudinga kasybos pramonėje. Kadangi dėl įvairių priežasčių labai svarbu nustatyti geologinių formacijų amžių, paleontologija praverčia dėl sistemingo požiūrio į fosilijų amžių. Žvelgdamas į uolienoje rastas fosilijas, paleontologas gali greitai nustatyti uolienos amžių, o tai yra lengvesnis procesas nei nustatyti uolienos amžių vien pagal jos fizines savybes.
Nors paprastai tai nelaikoma gamtosaugos mokslu, paleontologija yra neįkainojama norint suprasti aplinką ir klimato ciklus, natūraliai egzistuojančius žemėje, o tai padeda suprasti, kur mes, žmonės, patenkame į dabartinę aplinkos krizę. Dar svarbiau, kad žemė išgyveno įvairius atšilimo ir vėsimo ciklus, todėl paleontologija gali mums padėti suprasti, kaip organizmai reaguoja; ar jie prisitaiko, ar žūsta. Nors daugelis žmonių greitai kaltina žmones dėl aplinkos problemų, su kuriomis šiandien susiduriame, paleontologija tiria panašius įvykius mūsų planetoje dar gerokai prieš tai, kai turėjome galimybę ją pakeisti. Tai gali suteikti mums neįkainojamos įžvalgos apie galimus sprendimus, kaip užkirsti kelią tolesnei žalai arba ją sulėtinti.