El registro fósil documenta sólo una pequeña fracción de todos los organismos que alguna vez han habitado la Tierra. La fosilización es un proceso poco frecuente, y la mayoría de los organismos nunca se convierten en fósiles. Además, el registro fósil sólo exhibe fósiles que han sido descubiertos. Sin embargo, los fósiles de roca sedimentaria de organismos longevos, abundantes y de cuerpo duro dominan el registro fósil. Estos fósiles ofrecen información valiosa, como la forma física, el comportamiento y la edad de un organismo. El estudio del registro fósil ayuda a los científicos a colocar fósiles en contextos geológicos (por ejemplo, la era paleozoica; hace 250-570 millones de años) y evolutivos (por ejemplo, el primer organismo tetrápodo).
La evolución de las ballenas, por ejemplo, es uno de los ejemplos mejor estudiados de cambio evolutivo en el registro fósil. Las ballenas modernas descendieron de un ancestro tetrápodo terrestre que pasó de la tierra, de vuelta al agua. Las extremidades anteriores de las ballenas ancestrales más tarde evolucionaron en aletas para ayudar a nadar, mientras que sus extremidades traseras desaparecieron. El registro fósil revela que las ballenas terrestres (por ejemplo, Indohyus), las semi-acuáticas (por ejemplo, Ambulocetus), y las acuáticas (por ejemplo, Dorudon) tienen ancestros a lo largo de la era Cenozoica temprana, hace casi 50 millones de años. Tanto los organismos modernos como los extintos pueden informar a los científicos sobre la comprensión de la vida en la Tierra.
Además de mostrar los cambios evolutivos en los propios organismos, el registro fósil también captura los cambios en la biodiversidad. Los fósiles a lo largo de la era paleozoica registran la aparición gradual de animales (por ejemplo, artrópodos marinos como los trilobites), plantas (por ejemplo, árboles de Gilboa) y hongos (por ejemplo, las prototaxitas). La evidencia fósil también refleja las extinciones masivas de especies en el tiempo evolutivo. Los científicos reconocen cinco grandes eventos de extinción en los que más del 75% de las primeras especies desaparecieron. Por ejemplo, un evento de extinción masiva a finales de la era paleozoica aniquiló a los organismos antes mencionados.
Los fósiles permiten a los científicos reconstruir los relatos de la vida en la Tierra. Por ejemplo, los fenómenos de extinción tienden a dar lugar a la radiación de diversas especies con un ancestro común. Después del evento de extinción masiva de finales del Paleozoico, las pruebas fósiles apoyan que la edad de los dinosaurios comenzó y persistió durante casi 180 millones de años (es decir, la era Mesozoica; hace 65-250 millones de años). Otro evento de extinción masiva ocurrió a finales de la era Mesozoica, momento en el que comenzó la edad de los mamíferos y continúa hasta la actualidad (es decir, la era cenozoica; hace 65 millones de años-presente). Por lo tanto, el registro fósil apoya los orígenes de las especies y sirve como una herramienta esencial para entender la evolución.
