古生物物種的概念與生物學物種是一樣的，但是由於化石不能判斷是否存在生殖隔離，所以更以以下特征為重：第一，共同的形態特征；第二，構成一定的居群；第三，居群分布在一定地理範圍。根據以上特征判別的化石種，被認為是自然的生物分類單元，相對而言具有一定的客觀性。然而通常有一些化石種僅僅是根據生物體的某些部分(如植物葉片)的形態來確定的；或經過詳細研究發現在同一種名下記述了分屬於不同分類單位的部分生物體；或同一分類單位具有幾種形態(如性雙形現象)，但已被分別給予不同的種名。這些種被稱為形態種，是用來區別自然單元的種。另外，屬也有同樣的情況，其中有一個不同點就是，現代生物學分類中最低單位隻有地理亞種，而古生物學分類中還有年代亞種，它是指同一種內，在不同時代分布上其形態特征不同的種群；年代亞種進一步發展，就發展成為年代種。
4.功能形態學
功能形態學，也就是根據骨骼形態判斷功能。它的基本原理是：絕大部分形態是適應的結果，是有功能的，這些功能可根據形態通過科學論證的方法推斷出來。例如，頭足綱的隔壁與外殼的交界線（也稱縫合線），在其演化過程中其褶皺越來越複雜。對其原因過去曾提出三種假設：第一，褶皺可以增加殼的強度，用來抵抗迅速浮沉時造成的壓力差；第二，褶皺部分為肌肉附著處，肌肉伸縮使動物體進退，以改變全殼比重，調節升降；第三，外套膜褶皺增加分泌氣體和液體的麵積，調節升降，隔壁褶皺是外套膜褶皺的結果。
按照上述三種假設，可以分別推斷出應有的表現，並與縫合線的地史演變、個體發生相驗證，證明第二種假設是不成立的，第一種較為合理，這就弄清了縫合線褶皺的功能。
不僅如此，功能形態學研究也可以推廣到古生態、古環境的推斷，例如目前有一些人認為恐龍不是變溫動物而是熱血動物，就是在功能形態學的指導下作出來的判斷。
5.建造形態學
德國古生物學家賽拉赫等人將功能形態學作為基礎，進一步提出來建造形態學。他們指出生物骨骼的形成需要三個要素：其一，曆史因素（即係統發生），通過繁殖決定生物體的基因類型，也就是決定生物體及骨骼建造有哪些材料；其二，功能因素（即適應），通過對居群和物種的自然選擇決定生物體及骨骼建造的方向；其三，形態發生的因素（即生長），通過生物化學過程決定生物體及骨骼生長的方式。例如現代馬蹄的建造過程取決於三個因素：（１）迎合在草原上奔跑的需要；（２）其祖先是三趾的；（３）在個體形態發生過程中，其他趾發展演變，而中趾發育成蹄。據此，可以反過來由骨骼的建造形態來推斷係統發生、環境和形態發生的過程。
6.古病理學
古病理學，也就是關於化石遺體中病理現象的一門科學。大多情況下，限於脊椎動物中，目前已知的有：生長過速、牙齒畸形和齲齒、骨折及骨痂、骨疽、新關節增生、牙瘤、角弓反張、骨瘤、骨軟化症、骨髓炎、骨膜炎、骨關節炎、骨骼及頜部肥厚、脊椎變形、骨結核等病理現象，以恐龍和哺乳動物最為常見。植物與無脊椎動物也會發生病理現象，例如，軟體動物中的寄生物病。
7.古生物地理學
顧名思義，古生物地理學就是研究古生物的地理分布。最近幾年發展較為迅速，被廣泛應用於古地理和古環境的重建、板塊運動曆史以至礦產形成分布的探討。現如今主要研究對象是各時代的古生物地理區係，目前全世界顯生宙各紀的區係已初具輪廓。區係一般分為大區、域、區、分區或省，也有進一步分為亞省和地方中心的。區係的劃分根據因人而異，一般大區和區的劃分注重緯度、溫度控製和地理阻隔控製、而較低的區係單位中，不同的生物群落往往起著非常重要的作用，因此和古生態學是相互重疊的，瓦倫丁於1973年把古生物地理學視為洲際一級和全球一級的古生態學。
古生物地理學除了研究區係外，還要研究古生物的擴散、分布、遷移、隔離、混合等現象，而且在這一方麵應該進行較為深入的研究。近年來與間斷平衡論和分支係統學相結合，興起了替代分化生物地理學，它指出，生物的分布不是由起源中心向外擴散的過程，而是一個祖先類群由於地理隔離分支為兩個姐妹類群的過程，分支點在係譜上代表祖先類群，在地理上代表阻隔。其分析方法與分支係統學一樣，即尋找某兩個地區之間的關係更近於與任何第三地區的關係，從而建立生物類群各分布地區間相互聯係的密切程度（曆史順序）。