A Paleontologia fornece importantes dados sobre a história evolutiva de uma espécie, isto é , sobre sua filogenia . Além disso, contribui com valiosas informações sobre espécies extintas. Estudando fósseis de ossos das pernas de um animal , podemos ter ideia de sua altura e de seu peso. Os dentes podem indicar seu tipo de alimentação, pois cada animal possui adaptações ao ambiente em que vive e a determinado modo de vida ; por exemplo, carnívoros têm dentes pontiagudos e afiados , o que lhes permite prender , perfurar e comer carne. De particular interesse são os fósseis com características intermediárias entre dois grupos , o que indica grau de parentesco entre eles . É o caso de fósseis de dinossauros com penas de aves com dentes , entre outras características, mostrando parentesco evolutivo entre os dois grupos. É o caso também dos inúmeros fósseis intermediários entre baleias e mamíferos terrestres. Os dados obtidos pelo estudo dos fósseis são confrontados com outras evidências , obtidas , por exemplo, pelo estudo comparado da anatomia e da embriologia e das proteínas e ácidos nucleicos. Esses estudos indicam que os peixes devem ter surgido antes dos anfíbios ; estes , antes dos répteis , que surgiram antes das aves e dos mamíferos . Essa sequência é confirmada pela idade relativa dos fósseis de cada grupo.
De acordo com a teoria da evolução , espera-se que os fósseis mais semelhantes às espécies atuais sejam encontrados nas camadas mais recentes do terreno examinado . Espera-se também encontrar fósseis de organismos de transição entre grupos com um ancestral comum mais recente , como aves e dinossauros , peixes e anfíbios. Para encontrar fósseis de organismos de transição entre peixes e anfíbios , por exemplo, Neil Shubin , o descobridor de um ancestral comum desses grupos , procurou por eles em estratos com cerca de 375 milhões de anos de idade. Ele escolhei esses estratos porque sabia que nas camadas mais recentes, com cerca de 360 milhões de anos, há fósseis de ancestrais de anfíbios, nas mais antigas , com cerca de 390 milhões de anos , há fósseis de um grupo de peixes com nadadeiras musculosas (Dessas nadadeiras poderiam ter surgido os membros dos ancestrais dos anfíbios) e, de acordo com a teoria da evolução , fósseis de transição entre os dois grupos deveriam estar em uma camada com idade intermediária. E foi o que ocorreu.
