Fossiilit ovat tunnetuimpia todisteita siitä, että maapallolla on elänyt eliöitä, joita ei enää ole. Fossiileiksi luetaan kaikki vähintään 10 tuhatta vuotta vanhat eliöjäänteet. Fossiilit ovat hyvin harvinaisia, koska olojen täytyy olla niiden syntymiselle ja säilymiselle erityisen suotuisia. Varsinaisia fossiileja ovat kivettymät ja painanteet.

Kivettymissä alkuperäiset elinosat, kuten luut, sarveismuodostumat tai puu ovat korvautuneet kiviaineksella.
Painanteet ovat esim. eläinten jälkiä tai kasvien lehtien painaumia.

Joissakin tapauksissa eliön omat kudokset ovat säilyneet (esim. jäätyneet mammutit). Jokin pieni hyönteinen on saattanut tarttua havupuun pihkaan ja peittynyt siihen. Vuosituhansien aikana pihka on kovettunut ja huuhtoutunut mereen. Tällaista meripihkaa löytyy etenkin Baltian maiden rannoilta.

Muinaisista eliöistä on saatu lisätietoa myös tutkimalla ja vertailemalla esim. surkastumia (ihmisellä korvanliikuttajalihakset, kulmahampaat, häntänikamat). Eri lajien alkioiden ja sikiöiden kehitys voi olla toisiaan muistuttavaa ja kertoa kaukaisesta sukulaisuudesta. Jokaisella eliölajilla on oma tyypillinen DNA-koostumus. Näin voidaan tutkia, kuinka läheistä sukua lajit ovat keskenään.