La paléontologie est la science qui étudie les restes fossiles des êtres vivants du passé et les implications évolutives de ces études.
Le premier aspect est qualifié de paléontologie systématique : son objectif premier est le développement de phylogénies sur la base d'observations scientifiques — pour le néophyte, la paléontologie s'arrête souvent à cette seule partie descriptive des fossiles.
Le second aspect est qualifié de paléontologie générale ou fondamentale : les paléontologues s'intéressent alors aux problèmes généraux dégagés par la démarche systématique, aux associations entre les êtres vivants disparus et/ou actuels, à leurs évolutions, bref, à l'évolution au cours des temps géologiques.

Le mot paléontologie peut être découpé en trois termes grecs : • Paleo, de palaios, ancien ; • Ontos, vie, être ; • Logie, de logos, étude, science.
Il s'agit donc, littéralement, de la « science étudiant la vie ancienne » et plus précisément, de la discipline qui étudie les organismes disparus ayant laissé dans les terrains sédimentaires des restes de leur corps ou des traces de leurs activités. Ces restes ou traces sont appelés fossiles.

La paléontologie est largement pluridisciplinaire. « Faire parler » les fossiles est un travail complexe et analytique qui déborde de la simple observation. Des techniques de chimie, de physique et les statistiques sont couramment utilisées en plus du bagage traditionnel propre à la paléontologie, le tout sous l'égide disciplinaire de la géologie. Cependant, la paléontologie est longtemps restée divisée en deux domaines principaux : la paléozoologie qui étudie les animaux, et la paléobotanique et fait de même pour les végétaux.

À l'aide des fossiles, que l'on retrouve essentiellement dans les roches sédimentaires, on tente de reconstituer les êtres vivants tels qu'ils étaient, leur environnement et déterminer l'époque à laquelle ils ont vécu.

L'étude de fossiles « humains » (genres Homo et apparentés)