Ископаемые, объект изучения палеонтологии, — это останки или отпечатки, оставленные мертвыми организмами в последовательно накапливавшихся слоях породы. Сравнение останков в разных слоях и определение их возраста показывает, что организмы принадлежат к разным видам, а также к разным семействам и типам, последовательно сменявшим друг друга в геологическом времени.

Безусловное сходство (по системе классификации живого мира), обнаруженное между разными живыми и ископаемыми организмами, доказывает, что они имеют общее происхождение. Некоторые характеристики обнаружены у всех живых существ (кроме вирусов, находящихся на границе живого мира). Они построены из клеток и состоят из одного типа молекул — белков, жиров, углеводов или ДНК (составляющей гены).

Анализ серий ископаемых различного возраста, сходных между собой, позволяет выстроить логические цепи. Самые старые рыбы (позвоночные животные, лишенные лап, с водопроницаемой икрой) старше, чем самые старые земноводные (позвоночные животные, имеющие лапы, чья икра водопроницаема), которые в свою очередь старше, чем самые старые пресмыкающиеся (позвоночные животные, имеющие лапы, чья икра непроницаема для воды). Новые черты (лапы, водонепроницаемость) постепенно добавлялись к более древним свойствам (скелету с позвоночником). Существование некоторых промежуточных ископаемых между двумя группами подтверждает эту гипотезу (ископаемые рыбы обладают мясистыми плавниками со скелетной основой, близкой к скелетной основе лап самых древних из известных земноводных).