Paleontologia (do grego palaiós= antigo + óntos= ser + lógos= estudo) é a especialidade interdisciplinar da biologia e geologia que estuda a vida do passado da Terra e o seu desenvolvimento ao longo do tempo geológico, bem como os processos de integração da informação biológica no registro geológico, isto é, a formação dos fósseis. O biólogo ou geólogo responsável pelos estudos dessa ciência é denominado de paleontólogo.
A Paleontologia busca compreender a biologia passsada do planeta Terra por meio do estudo dos diversos registros fósseis, constituindo uma das mais robustas evidências do processo evolutivo. O objeto imediato de estudo da Paleontologia são os fósseis, pois é neles que, na atualidade, se encontram registradas informações sobre o passado biológico e geológico da Terra. Nesse sentido, ao analisar os fósseis, a Paleontologia reconstrói e interpreta as formas de vida que existiram em diferentes períodos da história do planeta.
A vida na Terra surgiu há cerca de 3,8 bilhões de anos e, desde então, restos de animais e vegetais ou indícios das suas atividades ficaram preservados nas rochas. Estes restos e indícios são denominados fósseis e constituem o objeto de estudo da Paleontologia.
Como os fósseis são vestígios biológicos preservados e modificados por processos geológicos ao longo do tempo, a Paleontologia constitui a disciplina científica que estabelece a ligação intrínseca entre a Biologia e a Geologia.
A informação sobre a vida do passado geológico está contida nos fósseis e na sua relação com as rochas e os contextos geológicos em que ocorrem. O mundo biológico que hoje conhecemos é o resultado de milhares de milhões de anos de evolução. Assim, só estudando paleontologicamente o registo fóssil — o registo da vida na Terra — é possível entender e explicar a diversidade, a afinidade e a distribuição geográfica dos grupos biológicos actuais. Este tipo de estudo tornou-se viável através dos trabalhos de Georges Cuvier, que, mediante a aplicação das suas leis da anatomia comparada, comprovou o fenómeno da extinção e da sucessão biótica. Estas leis permitiram as reconstruções paleontológicas dos organismos que frequentemente eram encontrados no registo fossilífero somente de forma fragmentada, ou mesmo, apenas algumas partes fossilizadas. Desta maneira, os resultados do trabalho de Georges Cuvier possibilitaram, posteriormente, a elaboração de sequências evolutivas, que foram fundamentais para a defesa do evolucionismo.
Com base no princípio de que "o presente é a chave do passado", enunciado por Charles Lyell, partindo do conhecimento dos seres vivos atuais e ainda do seu estudo biológico, é possível extrapolar-se informações sobre os organismos do passado, como o modo de vida, tipo trófico, de locomoção e de reprodução, entre outros, fundamental para o estudo e a compreensão dos fósseis.
A partir dos fósseis, uma vez que são vestígios de organismos de grupos biológicos do passado que surgiram e se extinguiram em épocas definidas da história da Terra, pode fazer-se a datação relativa das rochas em que ocorrem e estabelecer correlações (isto é, comparações cronológicas, temporais) entre rochas de locais distantes que apresentem o mesmo conteúdo fossilífero. O estudo dos fósseis e a sua utilização como indicadores de idade das rochas são imprescindíveis, por exemplo, para a prospecção e exploração de recursos geológicos tão importantes como o carvão e o petróleo.
A paleontologia divide-se, conceitualmente, em diversas áreas, como, por exemplo a paleobiologia, área que estuda os conceitos evolutivos e ecológicos e foca-se menos na identificação de fósseis. É no seio da Paleobiologia que se insere a paleozoologia, o estudo dos fósseis de animais, e a paleobotânica, o estudo dos fósseis de plantas. Qualquer disciplina biológica aplicada aos organismos do passado geológico, por via do estudo dos fósseis, constitui uma subdisciplina paleobiológica: paleoecologia (que estuda os ecossistemas do passado), paleobiogeografia, paleoanatomia, paleoantropologia, paleoneurologia, paleomastozoologia, etc.
Outras disciplinas paleobiológicas transversais, que não estão limitadas a um dado grupo taxonómico, são, por exemplo:
Micropaleontologia — que estuda os fósseis de organismos ou parte deles que necessitam de microscópio para serem visualizados;
Paleoicnologia — que estuda os vestígios fósseis, por exemplo, pegadas;
Tafonomia — que ainda se divide em Bioestrationomia, Diagênese e Tectônica, estuda a integração da informação biológica no registo geológico, ou seja, a formação dos fósseis e das jazidas fossilíferas e do registo paleontológico;
Biocronologia — que estuda o desenvolvimento temporal (a cronologia) dos eventos paleobiológicos, bem como as relações temporais entre entidades paleobiológicas (os organismos do passado) e/ou tafonómicas (os fósseis);
Sistemática — que estuda a classificação de espécies fósseis.
Ainda se faz uma subdivisão da paleobotânica e da micropaleontologia constituindo a paleopalinologia, que se dedica ao estudo de pólen e esporos, importantes para a datação.
Os arqueólogos diferenciam-se dos paleontólogos porque não trabalham com restos de seres vivos - é uma ciência social. Um arqueólogo estuda as culturas e os modos de vida humana do passado a partir da análise de vestígios materiais. Um paleontólogo, entre outras coisas, é um biólogo ou geólogo, e estuda restos ou vestígios de diversas formas de vida (animal, vegetal, etc.) através da análise do que restou delas e da sua atividade biológica: pisadas, coprólitos, bioturbações, fósseis ósseos, etc.
A paleontologia estuda todos os organismos que viveram na Terra, incluindo a evolução dos primatas até o homem, mas não o ser humano como o conhecemos hoje, pois o estudo e seguimento da vida antropo-cultural restringe-se a disciplinas ligadas à Arqueologia, à Paleoantropologia, à Biologia e à Medicina. Normalmente, a Paleontologia estuda organismos mortos há mais de 11 000 anos; quando os vestígios ou restos possuem menos de 11 000 anos, podem ser denominados de subfósseis. De uma maneira muito simplificada, um paleontólogo estuda os restos ou vestígios de seres vivos desde o início da vida na Terra até hoje, incluindo os restos de hominídeos.
A história evolutiva da vida remonta há mais de 3,8 bilhões de anos. A Terra foi formada há cerca de 4,57 bilhões de anos e, após a colisão que formou a Lua, uma grande quantidade de vapores de água foi liberadas pelos vulcões e milhões de anos depois, com o resfriamento gradual da atmosfera terrestre, o vapor se condensou e se precipitou na forma de chuva. A evidência mais clara da existência da vida na Terra data de cerca de 3 bilhões de anos, embora existam relatos do fóssil de uma bactéria de 3,4 bilhões de anos e de evidências geológicas da existência de vida há 3,8 bilhões de anos. Alguns cientistas admitem a hipótese da panspermia, onde a vida na Terra tenha iniciado através de meteoritos que abrigavam formas de vida primárias, mas a maioria das pesquisas concentra-se em várias explicações de como a vida poderia ter aparecido de forma independente na Terra.