Палеонтологія вивчає викопні рештки вимерлих організмів і встановлює їх подібність і відмінності з сучасними організмами. Палеонтологічні дані дозволяють дізнатися про рослинний і тваринний світ минулого, реконструювати зовнішній вигляд вимерлих організмів, виявити зв'язок між найдавнішими і сучасними представниками флори і фауни.
Переконливі докази змін органічного світу в часі дає зіставлення викопних решток із земних пластів різних геологічних епох. Воно дозволяє встановити послідовність виникнення і розвитку різних груп організмів. Так, наприклад, в найдавніших пластах знаходять залишки представників типів безхребетних тварин, а в більш пізніх пластах - вже і залишки хордових. У ще більш молодих геологічних пластах містяться залишки тварин і рослин, що відносяться до видів, схожим на сучасні.
Дані палеонтології дають великий матеріал про спадкоємних зв'язках між різними систематичними групами. В одних випадках вдалося встановити перехідні форми між найдавнішими і сучасними групами організмів, в інших - реконструювати филогенетические ряди, т. Е. Ряди видів, послідовно змінюють один інший.
На берегах Північної Двіни була знайдена група зверозубих рептилій. Вони поєднували ознаки ссавців і плазунів. Зверозубие рептилії мають схожість з ссавцями в будові черепа, хребта і кінцівок, а також в розподілі зубів на ікла, різці і корінні.
Великий інтерес з еволюційної точки зору являє знахідка археоптерикса. Ця тварина завбільшки з голуба мало ознаки птиці, але зберігало ще риси плазунів. Ознаки птахів: задні кінцівки з цівкою, наявність пір'я, загальний вигляд. Ознаки плазунів: довгий ряд хвостових хребців, черевні ребра і наявність зубів. Археоптерикс не міг бути хорошим літуном, так як у нього слабко розвинені грудна кістка (без кіля), грудні м'язи і м'язи крил. Хребет і ребра не були жорсткої кістковою системою, стійкою при польоті, як у сучасних птахів. Археоптерикса можна вважати перехідною формою між плазунами і птахами. Перехідні форми поєднують в собі одночасно ознаки як древніх, так і більш еволюційно молодих груп. Ще одним прикладом служать ихтиостеги - перехідна форма між прісноводними кистеперої рибами і земноводними.