Paleontologi ärvetenskapen omförhistoriskt liv, samt organismersevolution och interaktioner med varandra och sin miljö (deraspaleoekologi). Som en "historisk vetenskap" försöker den förklara orsaker istället för att göra experiment för att studera effekterna. Den som arbetar med paleontologi kallas för paleontolog. Paleontologi är en del avnaturvetenskapen.
Paleontologi som vetenskap ligger på gränsen mellangeologi ochbiologi genom att man studerar biologin hos utdöda djur och växter och deras utveckling genom tiden. Den använder tekniker hämtade från en mängd vetenskaper, bland annatbiokemi,matematik ochingenjörskonst. Då kunskapen har ökat inom området, har paleontologin utvecklat speciella subdivisioner, bland annatpaleobiologi (läran om utdött liv),paleoantropologi (läran om människans evolution),paleobotanik (läran om utdöda växter),paleogeografi,paleoklimatologi ochpaleozoologi (läran om utdöda djur).Geokemiska bevis har använts till livets evolution innan organismer var stora nog att bilda fossil.
Både organismerna och deras spår finns bevarade somfossil, som är de vanligaste bevisen omförhistoriskt liv. Att beräkna åldern på fossil är viktigt men svårt. Ibland kan närliggande stenlager dateras medradiometrisk datering, som ger absoluta åldrar som är exakta till 0,5%, men oftast måste paleontologer gå på inexakta dateringar genom "pussel" av biostratigrafi. Att klassificera utdöda organismer är också svårt, då många inte passar in i klassificeringen för nutida levande djur, och paleontologer måste ofta användakladistik för evolutionära grupper. De sista 25 åren av 1900-talet utvecklades molekylärfylogenetik, som undersöker hur nära organismer är relaterade till varandra genom att undersöka hur likaDNA:et är i derasgenom. Molekylär fylogenetik har också använts till att beräkna när arter har separerats från varandra.
