古生物學擔負著為地質學和生物學服務的雙重任務。

　　為地質學服務

　　建立地層系統和地質年代表：這是古生物學在地質學中應用最廣、成效卓著的方面。根據地層層序律,生物演化的進步性、階段性和不可逆性,經過數十年的努力，在19世紀建立了從前寒武系到第四系的地層系統和相應的地質年代系統。20世紀以來雖然發展了放射性年齡測定法及其他手段，生物地層學方法仍是確立各級地層單位的主要手段。與地質年代中代、紀、世、期相應的地層單位為界系、統、階。例如把爬行動物、裸子植物、菊石類的繁盛時代劃為中生代，其中恐龍類與菊石亞目極盛的時期為侏羅紀;早侏羅世以Eode-rocerataceae與 Psilocerataceae二個菊石超科為特征；其中賽諾曼期以白羊石菊石科為特征。期以下還可以分出若干菊石帶。

　　劃分和對比地層：這方面的研究稱生物地層學。生物地層學方法中，歷史最久的是標準化石法。標準化石須具備下列條件：存在的地質年代短，以便精確地確定地層年代；地理分布廣泛，以便易于找到并可作大范圍的對比。例如前面提到的白羊石，在歐亞各地古地中海區都能找到，是賽諾曼階的標準化石。在使用標準化石法時，應注意任何化石都有在時間上發生、繁盛、稀少、絕滅的過程和在空間上起源、遷移、散布的過程。前人及文獻中所規定的時代及地理分布需要根據具體情況而修改，不能生搬硬套。還要注意一個生物群中的各類化石都有不同程度的地層意義，不能忽視整個生物群面貌，而僅根據少數標準化石來判斷地層年代。

　　除了標準化石法、百分統計法等外，近年來發展了許多生物地層學新方法，如生態群落對比法，數量（或圖解）對比法等。

　　恢復古地理、古氣候 由于適應環境的結果,各種生物在其習性行為和身體形態構造上都具有反映環境條件的特征。因此搞清了化石的形態、分類、生態后，應用“將今論古”的方法，就可以推斷其生存時期的生活環境。這方面特別有用的是指相化石，即能明確指示某種沉積環境的化石。例如造礁珊瑚的生活環境為海洋，水深不超過100米，水溫在18℃以上，海水清澈,水流平靜。因此，如果在地層中發現了珊瑚礁體就可以判斷其沉積環境為溫暖、清澈的淺海。又如，蕨類植物生活在溫暖潮濕的氣候環境中，因此在地層中發現大量蕨類植物化石，就指示當時的古氣候溫暖潮濕。在使用化石恢復古環境時，應注意不少生物在地史時期中其生活環境有演變過程，例如海百合在古生代是典型淺海動物，現則多數棲居深海。此外，不僅指相化石，而且生物群的各類別以及沉積物本身都有反映環境的意義，須注意綜合分析。

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