Các nhà cổ sinh vật học nghiên cứu các sinh vật từ thời cổ đại thông qua bằng chứng hóa thạch, địa chất, mô hình và mô phỏng giúp họ hiểu được môi trường trong quá khứ, các sự kiện địa chất và lịch sử của sự sống. Trong khi các nhà cổ sinh vật học được công chúng quan tâm đến nghiên cứu về khủng long, lĩnh vực của họ cũng nghiên cứu các sinh vật cực nhỏ, thực vật và con người thời tiền sử.
Các nhà cổ sinh vật học theo một định nghĩa là các nhà khoa học nghiên cứu sự sống trước Holocen, kỷ nguyên bắt đầu cách đây 11.700 năm và tiếp tục cho đến ngày nay. Do đó, các nhà khoa học nghiên cứu các loài động vật đã tuyệt chủng từ kỷ nguyên hiện tại, ngay cả những động vật đã bị tuyệt chủng trong nhiều thế kỷ, chẳng hạn như auroch, không phải là nhà cổ sinh vật học về mặt kỹ thuật trừ khi phần còn lại của động vật có niên đại từ 11.700 năm trước. Cổ sinh vật học có sự trùng lặp đáng kể với các lĩnh vực sinh học và địa chất, nhưng cũng sử dụng các nguyên tắc kỹ thuật để khám phá cách động vật hóa thạch có thể đã di chuyển và sống, cũng như hóa học xác định niên đại của hóa thạch và xác định cấu tạo của bằng chứng hóa thạch.
