La paléontologie peut être définie comme la science des fossiles. Cette discipline scientifique entretient des liens étroits avec la géologie : la datation des restes d'organismes vivants repose souvent sur des informations issues de la stratigraphie et sur l'analyse des roches qui les contiennent.
Située au croisement de la géologie et de la biologie, elle contribue à la connaissance de l'évolution du monde vivant, des relations entre espèces et avec leur environnement (paléoécologie, évolution de la biosphère), de leur répartition spatiale et leurs migrations (paléobiogéographie), de l'extinction des espèces et l'apparition de nouvelles, ainsi que des écosystèmes dans lesquels les espèces anciennes ont vécu. La paléontologie étudie aussi les processus de fossilisation (taphonomie) des êtres vivants disparus. Parmi ses objectifs figurent, outre la reconstruction d'espèces éteintes, l'étude de leur origine, de leurs changements dans le temps (évolution et phylogénie).
La paléontologie trouve son origine à la fin du grâce aux travaux de Georges Cuvier sur l'anatomie comparée et s'est développée rapidement au . Au fur et à mesure que les connaissances augmentaient, la paléontologie s'est subdivisée en paléobiologie, taphonomie et biostratigraphie. Elle fournit des informations nécessaires à d'autres disciplines (étude de l'évolution des êtres vivants, paléogéographie ou paléoclimatologie, paléophysiologie entre autres).
La paléontologie permet de comprendre la biodiversité et la répartition des êtres vivants sur Terre (biogéographie) - avant l'intervention humaine -, elle a fourni des preuves indispensables pour la solution de deux des plus grandes controverses scientifiques du , l'évolution des êtres vivants et la dérive des continents, et, en vue de notre avenir, elle offre des outils pour analyser comment les changements climatiques peuvent affecter la biosphère dans son ensemble.
Étymologie thumb|Première mention du mot palæontologie publié en par Henri Marie Ducrotay de Blainville dans son Journal de physique.
Le mot « paléontologie » se décompose en trois parties provenant du grec ancien. : paleo-, de , « ancien » ; -ontos, de , participe présent au génitif du verbe , « être » : « étant » ; -logie, de , « l'étude, le discours ».
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.
Ce terme a été créé en 1822 par le zoologiste Henri Ducrotay de Blainville (1777-1850) et diffusé en Europe par le géologue britannique Charles Lyell (1797-1875).
Une science au croisement de la géologie et de la biologie thumb|Comparaison anatomique d'une mâchoire d'éléphant d'Asie et d'une mâchoire de mammouth par G. Cuvier, fondateur de la paléontologie (1796).
Située au croisement de la géologie et de la biologie, la paléontologie décrit les espèces fossilesÉdouard Boureau, Patrick De Wever, Jean Piveteau, « Paléontologie », Encyclopædia Universalis, consulté le 28 juin 2020. ainsi que les écosystèmes dans lesquels elles ont vécu.
La paléontologie peut être définie comme la science des fossiles. Elle entretient des liens étroits avec la géologie : la datation des restes d'organismes vivants repose souvent sur des informations issues de la stratigraphie et sur l'analyse des roches fossilifères.. La reconstitution des plaques tectoniques et des paléocontinents lui permet de connaitre la latitude d'une zone à un moment donné, ce qui donne une indication sur le paléoclimat, et permet d'appréhender l'étendue du biotope disponible d'une espèce et l'existence de connexions terrestres ou maritimes entre zones. En retour, la paléontologie apporte une contribution importante à la compréhension de l'histoire de la Terre. Ainsi, l'échelle des temps géologiques est divisée en unités dont les bornes sont souvent définies par des évènements paléontologiques : ères, périodes, époques, étages.
La paléontologie est une branche de la biologie. La première n'a accès au vivant qu'à travers les fossiles - archives biologiques -, tandis que l'objet de la biologie est le vivant dans son ensembleLéna Alex, « L’archive biologique en question : le paléontologue est-il un historien ou un biologiste ? », Bulletin d’histoire et d’épistémologie des sciences de la vie, 2013/2 (Volume 20), p. 197-213. DOI : 10.3917/bhesv.202.0197. URL : https://www.cairn.info/revue-bulletin-d-histoire-et-d-epistemologie-des-sciences-de-la-vie-2013-2-page-197.htm. Un des principaux fondateurs de la paléontologie, Georges Cuvier, était un spécialiste de l'anatomie comparée, une branche de la biologie ; ce qui conduit certains historiens des sciences à dire que la paléontologie est née de la biologie (plutôt que de la géologie).. Au , la phylogénétique moléculaire compare l'ADN des espèces actuelles pour reconstruire l'arbre généalogique du vivant. Elle est également utilisée pour estimer les dates des divergences phylogénétiques, bien que cette approche soit discutée en raison de doutes sur la régularité de « l'horloge moléculaire ». Les paléontologues utilisent souvent l'observation de caractères actuels pour comprendre les caractères du passé : c'est le principe de l'actualisme.
Principales formes de paléontologie On distingue trois principales formes de paléontologie : la « paléontologie systématique » dont l'objectif premier est l'étude des phylogénies sur la base de l'observation scientifique des fossiles ; la « paléontologie générale » dite également « paléontologie fondamentale » dont l'objectif premier est la compréhension des problèmes généraux que la démarche systématique permet de découvrir (relations entre les êtres vivants disparus ou actuels, leurs évolutions, et, à plus large échelle, l'évolution des êtres vivants, des milieux et des climats au cours des temps géologiques) ; la « paléohistologie » qui est l'étude fine des tissus fossilisés, avec une vaste palette d'objectifs et d'applications, allant de la reconstitution approfondie (par exemple la coloration du plumage d'Archéopteryx) à la paléontologie du développement, notamment avec l'appui de la phylogénétique moléculaire et assimilés (exemple : comparaison du collagène de Tyrannosaurus rex avec celui des oiseaux actuels.).
Les étapes du travail paléontologique vignette|Les étudiants du College of Wooster collectent des fossiles dans le cadre de leur cours de paléontologie sur les invertébrés. Le terrain est ici un affleurement de calcaires et de schistes de l'Ordovicien sur une route dans le sud-est de l'Indiana.
Le travail paléontologique comporte généralement quatre étapes : la prospection et les fouilles sur le terrain : c'est la partie la plus ardue, la plus physique, et administrativement compliquée : après obtention de tous les accords nécessaires, du matériel et des fonds, après le transport sur site, il s'agit de quadriller, mesurer, photographier, cartographier, extraire, préserver, emballer les fossiles, tamiser le sédiment, classer les trouvailles, les conditionner pour leur transport… ; l'analyse et l'étude en laboratoire (voire dans un accélérateur de particules comme l'ESRF) des fossiles après déballage des colis ; le conditionnement des trouvailles, les moulages, l'attribution des fonctions (collection d'étude, muséologie, échanges…) ; la description et publication scientifique des fossiles et des résultats d'étude, la reconstitution des êtres fossilisés et de leurs milieux d'origine ; la diffusion pour le grand public des connaissances ainsi acquises (exposition au public, livres, autres publications, documentaires…).
Relations étroites avec d'autres disciplines thumb|Le paléoanthropologue Donald Johanson avec une réplique du crâne de Lucy.
Il arrive que paléontologues et archéologues soient amenés à travailler ensemble.. C'est notamment le cas pour les paléoanthropologues qui étudient les fossiles humains. En revanche, c'est très rares pour les paléontologues qui travaillent sur d'autres types de fossiles comme les animaux ou les plantes. Un des rares connu est celui du site de Serrote do Letreiro au Brésil où des empreintes de dinosaures jouxtent des gravures rupestres..
Pour les fossiles, la paléontologie, science largement pluridisciplinaire, emprunte souvent des techniques à d'autres sciences, dont la chimie, l'écologie, la physique et les mathématiques. Ainsi par exemple les signatures géochimiques des roches aident à dater l'apparition de la vie sur Terre, et les analyses des rapports isotopiques du carbone peuvent permettre d'identifier les changements climatiques et d'expliquer des transitions majeures telles que l'extinction Permien-Trias. Des techniques d'ingénierie sont utilisées pour analyser la manière dont les corps d'organismes anciens pouvaient fonctionner, par exemple la vitesse de course de Tyrannosaurus et sa force de morsure Summary in press release No Olympian: Analysis hints T. rex ran slowly, if at all , ou la mécanique de vol de Microraptor.. L'étude des détails internes des fossiles a recours à la technique de la microtomographie à rayon X. La paléontologie, la biologie, l'archéologie et la paléoneurobiologie sont associées à l'occasion de l'étude des moulages endocrâniens (endocastes) d'espèces liées à l'homme afin de clarifier l'évolution du cerveau humain.
La paléontologie contribue à l'astrobiologie, la recherche d'une vie possible sur d'autres planètes, en développant des modèles de la manière dont la vie a pu apparaître sur Terre et en fournissant des techniques permettant de détecter les preuves d'existence d'êtres vivants.
Subdivisions thumb|Paléoanthropologie : crânes de primates (Homo sapiens, chimpanzé, orang-outan, macaque).
La paléontologie comporte plusieurs sous-disciplines. La paléontologie des vertébrés étudie les fossiles des premiers poissons, jusqu'à ceux des ancêtres immédiats des mammifères modernes. Bien que l'Homme fasse partie des vertébrés, son étude est considérée comme un champ distinct, la paléoanthropologie, qui couvre l'histoire évolutive de la lignée humaine. La paléontologie des invertébrés traite de fossiles tels que ceux des mollusques, des arthropodes, des vers et les échinodermes. La micropaléontologie se focalise sur les microfossiles.. Les microfossiles qui ne sont pas minéralisés, mais organiques, tels que les grains de pollen, les spores, font l'objet d'une sous-discipline séparée, la palynologie (ou paléopalynologie). La paléobotanique, étudiant les plantes fossiles, est très proche de la palynologie, mais s'en distingue par les restes botaniques qu'elle prend pour objet - non pas des "poussières" végétales mais le bois pétrifié, la houille (provenant de la carbonisation de végétaux), des impressions de feuilles dans la roche. La paléoichnologie se consacre aux traces laissées par les animaux (pistes, terriers…), la paléocoprologie à l'étude des excréments.
La paléontologie se diversifie, depuis les années 1960, en participant à des approches fondamentalement pluridisciplinaires qui deviennent autant de disciplines nouvelles et interconnectées : la paléoécologie, la paléoclimatologie, la biostratigraphie, la paléobiogéographie, etc.
Au lieu de se concentrer sur les organismes individuels, la paléoécologie examine les interactions entre différents organismes anciens, tels que leurs chaînes alimentaires, et les interactions avec leur environnement.