paléontologie, discipline scientifique consacrée à l’étude des formes de vie qui se sont succédé au cours des temps géologiques, à partir de l'analyse des fossiles.

Le terme paléontologie a été créé par Henri de Blainville en 1834, à partir du grec palaios, « ancien », onta, « choses » et logos, « discours ». On distingue la paléobotanique, ou étude des végétaux anciens, et la paléozoologie, ou paléontologie animale, qui inclut les recherches sur l’apparition et l’évolution de l’homme (on parle, dans ce cas, de paléontologie humaine ou de paléoanthropologie).

Plusieurs savants grecs de l’Antiquité, tels le poète et philosophe Xénophane, l’historien Hérodote ou le géographe Strabon, interprètent de façon correcte la nature des fossiles. Pourtant, c’est la conception — erronée — d’Aristote qui, pendant deux mille ans, fait référence. Celui-ci considère que les fossiles ont été façonnés directement dans la boue, à partir d’une « force formatrice » mystérieuse. Au XVI^e siècle, de nombreux savants fixistes considèrent encore les fossiles comme des accidents de la nature ou des créations du diable destinées à éprouver leur foi.

Au XVIII^e siècle, on finit par les interpréter comme étant des restes d’êtres vivants ayant vécu avant le Déluge relaté par la Bible. Georges Cuvier, notamment, bien que farouchement opposé aux théories évolutionnistes, pense que les fossiles sont bien des témoignages de l’existence d’animaux et de plantes, aujourd’hui disparus. Ce n’est qu’à partir du début du XIX^e siècle que la véritable nature des fossiles est démontrée, grâce à l’établissement des premiers principes de la géologie moderne.

L'étude des fossiles permet de retracer l'histoire de l'évolution des espèces vivantes ou disparues et de dater les dépôts sédimentaires dans lesquels les fossiles sont inclus. Les paléontologues déterminent, par différentes méthodes de datation, la succession des couches rocheuses et l’âge relatif de ces dernières (c’est la stratigraphie). La répartition des fossiles dans ces couches permet aux paléontologues de dresser des cartes géologiques très précises.

Les principales informations relatives à l’évolution de la vie sur Terre proviennent de l’étude des roches sédimentaires, dont la formation en strates s'est effectuée sur des millions d'années, et dans lesquelles se trouvent la plupart des fossiles. Ce sont ces derniers, combinés à d’autres éléments caractéristiques des roches, qui sont utilisés pour comparer les strates entre elles, dans une même région ou d’une région du monde à une autre. Il est ainsi possible de déterminer si des strates provenant de régions différentes se sont formées à la même époque et dans le même environnement (malgré les remaniements ultérieurs de ces roches qui ont pu modifier la succession des couches). Ces analyses comparatives, qui permettent de dresser un schéma global de l'évolution de la Terre, sont l’objet de la stratigraphie.

Certains fossiles, qui présentent une répartition géographique très large et correspondent à des espèces ayant évolué très rapidement à l’échelle des temps géologiques, sont particulièrement utiles à la datation : ils sont dits chronostratigraphiques. Ces types de fossiles sont principalement marins. C’est le cas, par exemple, des nummulites, des ammonites et des trilobites.

Grâce, notamment, aux fossiles stratigraphiques, les paléontologues ont divisé les derniers 570 millions d'années de l'histoire de la Terre (qui forment l’éon phanérozoïque, dont le début est marqué par l’apparition des premiers fossiles de grande taille) en différentes ères, elles-mêmes subdivisées en périodes, comportant chacune plusieurs époques. Tous les événements antérieurs à cette date appartiennent à la période précambrienne, qui commence avec la formation de la Terre, il y a environ 4,6 milliards d'années — les plus anciennes traces de vie remontant à plus de 3,8 milliards d’années, avec des traces d’activité bactérienne (voir origine de la vie).

Pour une présentation des principales formes de vie qui se sont succédé sur la Terre au cours des temps géologiques, voir l’article histoire de la vie sur Terre.