Os paleontólogos estudam criaturas dos tempos antigos por meio de evidências fósseis, geologia, modelos e simulações que os ajudam a compreender ambientes passados, eventos geológicos e a história da vida. Enquanto os paleontólogos são associados na mente do público com o estudo de dinossauros, seu campo também estuda criaturas microscópicas, plantas e humanos pré-históricos.
Paleontólogos sob uma definição são cientistas que estudam a vida antes do Holoceno, a época que começou 11.700 anos atrás e continua até hoje. Portanto, os cientistas que estudam animais extintos da época atual, mesmo animais extintos há séculos, como o auroque, não são tecnicamente paleontólogos, a menos que os restos do animal datem de antes de 11.700 anos atrás. A paleontologia tem uma sobreposição considerável com os campos da biologia e geologia, mas também utiliza princípios de engenharia para descobrir como os animais fósseis podem ter se movido e vivido, e a química para datar os fósseis e determinar a composição das evidências fósseis.
