Paleontologija je preučevanje starodavnega ali prazgodovinskega življenja na zemlji. Njegov glavni cilj je raziskati razvoj rastlinskih in živalskih vrst ter starodavnih zemeljskih ekosistemov in podnebja kot celote. Čeprav se ukvarja z življenjem, je paleontologija pravzaprav veja geologije; študij fizične narave.
Paleontologija uporablja fosile organizmov za ugibanje o razmerah na zemlji v času njihovega življenja. Spremembe posameznih vrst organizmov prav tako pomagajo odgovoriti na vprašanja o evoluciji. Ker so fosili vgrajeni v kamnine različnih vrst, se paleontologija opira na geologijo, zato sta oba tesno povezana. Z ogledom fosilov, njihove sestave, umestitve in okoliškega ohranjenega okolja lahko paleontologi ugotovijo podnebje in njegove spremembe v določenem obdobju.
Ker je paleontologija podznanost geologije, obstaja podobno številna posebna področja, ki spadajo v vejo paleontologije. Te podskupine vključujejo mikropaleontologijo, paleobotno in paleozoologijo. Mikropaleontologija se nanaša na preučevanje fosiliziranih mikroorganizmov, kot so enocelična bitja ali spore in cvetni prah iz rastlinskega življenja. Paleobotny se ukvarja s fosiliziranim rastlinskim življenjem, paleozoologija pa z živalskimi fosili, kot so dinozavri in primitivni ljudje.
Poleg akademskega in znanstvenega pomena je paleontologija uporabna v rudarski industriji. Ker je iz različnih razlogov ključnega pomena določiti starost geoloških formacij, je paleontologija zaradi sistematičnega pristopa k določanju starosti fosilov še kako prav. Če pogledamo fosile, ki jih najdemo v kamnini, lahko paleontolog hitro določi starost kamnine, kar je lažji postopek kot določanje starosti kamnine samo po njenih fizikalnih lastnostih.
Čeprav se o njej običajno ne mislijo kot o naravovarstveni znanosti, je paleontologija neprecenljiva za naše razumevanje okolja in podnebnih ciklov, ki naravno obstajajo na zemlji, kar prispeva k našemu razumevanju, kje se kot ljudje uvrščamo v našo trenutno okoljsko krizo. Še pomembneje je, ker je Zemlja šla skozi različne cikle segrevanja in hlajenja, nam paleontologija lahko da vpogled v to, kako se organizmi odzivajo; ali se prilagodijo ali propadejo. Čeprav mnogi ljudje hitro krivijo ljudi za okoljske težave, s katerimi se srečujemo danes, paleontologija preučuje podobne dogodke na našem planetu že dolgo preden smo imeli priložnost to spremeniti. To nam lahko da neprecenljiv vpogled v možne rešitve za preprečevanje ali upočasnitev nadaljnje škode.