古生物学是从地质历史发展角度研究古代生物特征及生态环境，以推断地球发展过程中各地史时期的环境气候特征及演化变迁，是现代生物学无法做到的。它承担着为地质学和生物学服务的双重任务，特别是在地质学领域，古生物研究是地质学最根本最基础的工作，有着不可替代的极其重要作用。 一、古生物是确定相对地质年代、建立地层系统的主要依据 这是古生物学在地质学中应用最广、成效最为卓著的方面。十九世纪地质学家基本完成了地层系统的建立，确立了地层系统相对应的地质年代表（代、纪、世、期）。其主要依据就是古生物进化过程中不同时期生物面貌不同而形成的发展阶段。代是以动物或植物分类单元的某些纲或目的演化阶段进行划分的；纪是以动植物次一级的分类单元的某些科或属以及植物的属或种之出现或灭绝来划分的；世是根据动物的亚科或属以及植物属种划分的；期的划分一般采用化石带。比如以海洋无脊椎动物和高级藻类植物为主，硬壳动物、无颌类低级脊椎动物、裸蕨类高等植物出现的时期，称为早古生代；以海洋无脊椎动物为主，脊椎动物、植物向陆地大发展的时期，称为晚古生代；哺乳类和被子植物大发展时期，称为新生代。 二、古生物是地层划分和对比的主要依据 根据地层的结构、岩石学特征、生物学特征及地层接触关系等，将地层划分为不同的单元称为地层划分。生物由低级到高级，由简单到复杂进化，物种不能重复再现，而且不可逆。这就是不可逆律。根据不可逆律，不同时代的地层中必然具有不同门类化石，这是利用化石确定地层时代和划分地层的基本原理。地层划分虽然有多种方法，但对于含有化石的古生代及以后的地层，古生物学方法为地层划分主要方法。地层对比是将划分好的地层，以单位地层的各种特征与不同地区或不同剖面地层做比较，确定地层时代或层位的相对关系。地层对比方法也有多种方法，生物地层法仍是目前远距离、高精度（古生代以来）地层对比所普遍采用的、较为可靠的方法。地层划分是对于一个地区的地层进行时代的划分，而地层对比是指不同地区的地层进行时代的比较。只有经过地层对比才能了解广大地区的地史发展过程的共性和异性，才能认识地层区域性特征，了解地层空间分异情况。凡含有化石的岩层，地层划分和对比以古生物特征为首要依据。标准化石法划分和对比地层简便易行，但由于个体化石的相变和保存的原因，存在困难，化石组合法可补充其不足。 三、古生物是恢复古环境、古地理和古气候的可靠依据 生物生存于一定的自然环境中。适应环境的结果，其身体结构形态和行为习性都具有反应环境条件的特征，所以可利用这些特征来推断古生物的生活环境。并且古生物群落、生物之间的生态关系以及生物分异度等，都是反映古环境面貌的最好标志。这些古生物资料是研究各地质时期古地理古气候的主要依据。“将今论古”的现实主义方法，是推断古地理、古气候的主要方法。古生物和现代生物一样，其空间位置多种多样，因此，阐明某个地质时期各种古生物的生活环境，就可以推断该时期地表的海陆分布、海岸线的位置以及湖泊、河流、沼泽的范围等等。例如珊瑚、腕足动物、有孔虫都是海生动物，其化石分布范围为古海洋；陆生植物完整的叶片和根、茎以及生活于陆地或淡水的昆虫、叶肢介等，其化石分布范围属于古湖泊、沼泽或河流；又如舌形贝、牡蛎、某些有孔虫和介形虫的某些属种生活在滨海近岸地带，可根据其化石的分布，推测海岸线的位置。有的生物对环境反应敏感，其化石能够明确指示埋藏时的沉积环境，称为“指相化石”。此类化石对于恢复古环境尤其重要，例如造礁珊瑚化石指示当时生活环境为温暖、清澈、水流平静的浅海；又如大量蕨类植物化石，就表明当时的古气候温暖潮湿。 四、古生物在沉积矿产研究中的应用 沉积矿床分布在一定的地层中，矿产富集的具体空间位置，受一定古地理环境条件控制，通过古生物研究，恢复古地理环境，可指导找矿。如温湿气候条件下，内陆盆地和滨海沼泽是煤形成的有利环境；铁、锰、磷、铝则形成于古陆边缘、滨海、浅海地带及湖盆中；各种膏盐矿产形成于干旱气候条件下古内陆盐湖及泻湖；古河道有利于古砂矿形成。同一环境下，不同矿种由于沉积位置差异呈现成矿序列，如温湿气候条件古浅海区，从海岸到浅海，依次分布着铁、锰、磷矿带。石油主要由动物遗体转化形成，通过研究孢粉或牙形石的成熟度来圈定石油矿产的可能范围等。这些都说明古生物研究对寻找沉积矿产都有着积极意义。除此以外，古生物还是认识了解古代生物的窗口；研究生命起源、演化、生物进化的直接证据；是板块漂移的有力证据；为协调人与自然关系，保护地球提供借鉴；在地球物理、地球化学、构造地质学等方面的也有着广泛的应用。 总之，古生物的研究对于地质学领域理论研究有着极其重要的作用，有的作用是其他方法无法替代的，在生产实践中具有重要意义。