Paleontoloji, Paleontoloji ya da fosil bilim, en basit tanımı ile eski varlık bilimidir. Bilim adamlarının 4,5-4,6 milyar yaşında olduğunu tahmin ettiği yaşlı dünyamızda fosilleri veri olarak kullanarak dünyada yaşamın ortaya çıktığı ilk günden bu yana yaşamış tarihini yazmak amacını taşıyan canlıları inceleyen bir bilim dalıdır. Latincede eski (Palaios) varlık (Onto) ve bilim (Logos) kelimelerinden türetilmiştir.

Bir başka tanımlamayla, ölmüş varlıkların fosil olarak adlandırılan taşlaşmış kalıntılardan ya da izlerinden hareketle, jeolojik zamanda yaşamış olan canlıların en ilkel olanından günümüzdeki en gelişmiş olanlarına kadar geçirdikleri gelişmeleri, şekil ve çeşitleri, yaşama ortamları, ortaya çıkışları ve yok oluşlarıyla, mekân ve zamandaki dağılış ve yayılışlarını araştıran bilim dalıdır.

İnsanoğlunun dünyadaki var oluş macerasını incelenmesinin de ötesinde genel manada biyoloji biliminin canlı olarak tanımladığı tüm varlıkları inceleyen bilim dalı olan paleontoloji bu özelliği ile son derece geniş çaplı bir inceleme olanağa ve alana sahiptir. Bu nedenle de pek çok alt bilim dalında faydalanılmaktadır bunların ne başında, Sedimantoloji, stratigrafi, Biyoloji, tarihsel jeoloji, çevre bilimi, coğrafya, evrim ve klimatoloji gelmektedir.

Yüz binlerce yıl önce dünya yaşamının bir parçası olmuş canlıları inceleyen ve bu anlamda aslında bilinen insanlık tarihi değil dünya tarihini aydınlatmaya çalışan bir dal olan paleontolojinin bu alanda yaptığı araştırmaların temel başvuru kaynağı bahsettiğimiz gibi fosillerdir.

İlk paleontoloji araştırma ve çalışmaları Leonardo da Vinci tarafından, Mısırdan getirilmiş kireç taşında bulunan foraminifera takımından çapı 15-25 cm büyüklüğündeki fosil (Nummulitesler) görmesiyle yapılmaya başlanmıştır. Da Vinci Nummulites'in, bir organizma kalıntısı olduğunu tespit etmiş, incelemiş ve kapsamlı notlar almıştır.

Makropaleontoloji; Mikroskopa gerek duyulmadan çıplak gözle incelenebilen, makro büyüklükteki fosilleri inceleyen ve araştıran paleontolojinin alt dalıdır.

Mikropaleontoloji; Çıplak gözle incelenemeyen, ancak mikroskopla görünebilen ve incelenen fosilleri araştıran paleontolojinin diğer bir alt dalıdır.

Fosil ve Fosilleşme; Yer kabuğunun en üst kısmını oluşturan sadimenter kayaçların büyük bir kısmının içerisinde bulunan bazı iyi korunmuş, bazen de erozyon ve sedimantasyon esnasında tahrip olmuş, ölmüş organizma kalıntılarına fosil denir. Latince fossiles, yerden çıkartılan anlamına gelmektedir. Yukarıda bahsi gecen her iki grubunda önemi sahadan toplanması ve incelenmesi kendine özgü farklılıklar gösterirler. Fosiller içinde bulundukları sedimanter kayaçların oluştukları jeolojik zamanları gösterirler. Paleobiyocoğrafya, paleekoloji, paleoklimatoloji ve sedimanter fasiyesler hakkında bilgiler verirler. Ayrıca jeolojik devirlerde yaşanmış ancak günümüze kadar gelmemiş pek çok canlıyı bize tanıttıkları gibi, canlı türlerinin ortaya çıkışlarından günümüze kadar geçirmiş oldukları evrim hakkında değerli bilgiler verirler. Fosil adı verilen varlıkların jeolojik formasyonlar içerisinden kısmen veya tamamen korunmasına yardım eden etkenlerin tümüne fosilleşme denir. Canlı aftıklarının günümüze kadar fosil olarak gelebilmeleri için fosilleşme dediğimiz birtakım kimyasal, fiziksel ve biyolojik olaylar geçirmeleri gerekmektedir. Ölen her türlü canlının et ve deri gibi yumuşak kısımları kısa zamanda çürüyerek ortadan kalkar. Fakat bileşiminde anorganik maddeler bulunan kemik, diş ve kavkı gibi sert kısımları gerekli koruyucu ortamlarda kalınca fosilleşme olanağı bulur.