A paleobiologia é um ramo das ciências naturais que se concentra em examinar as origens e a história da vida na Terra através do uso do registro fóssil. Nesse sentido, poderia ser considerado um ramo da paleontologia, mas também combina aspectos de outros campos científicos. Como um campo específico de estudo, a paleobiologia surgiu no século XX, e o avanço científico tornou o escopo desse campo científico muito mais amplo. Muitas universidades importantes oferecem programas de paleobiologia, com paleobiólogos trabalhando em universidades, museus e instalações de pesquisa em todo o mundo.
Plantas e animais fossilizados são examinados em paleobiologia. Esses restos fossilizados são estudados por seu valor intrínseco, mas também são estudados para observar como a vida na Terra evoluiu e continua a evoluir. Além de estudar fósseis físicos, os pesquisadores também podem observar os traços deixados por vários organismos, usando esses traços para reunir as peças do quebra-cabeça evolucionário. Muitas pesquisas podem ser utilizadas na pesquisa em paleobiologia, desde microorganismos fossilizados que são praticamente impossíveis de ver até os ossos dos dinossauros.
Muitos paleobiólogos optam por se concentrar em um campo específico da paleobiologia. Por exemplo, alguém que estuda plantas é um paleobotânico, enquanto alguém que se concentra em animais é um paleozoologista. Também é possível estudar paleoquímica, paleoecologia e micropaleontologia, pesquisa que se concentra em microorganismos e nas substâncias vestigiais que eles deixam para trás. Alguns paleobiólogos concentram-se em coisas como perfurações, túneis e buracos criados por vários organismos; nesse caso, são conhecidos como paleoichnologistas. A paleobiologia também integra o estudo de coisas como antigas amostras atmosféricas retiradas de núcleos de gelo.
Uma carreira em paleobiologia exige um interesse pelas ciências naturais, além de uma vontade de trabalhar duro em condições variadas. Enquanto muitos espécimes são examinados em laboratório, muitos paleobiólogos gostam de se exercitar no campo, ver fósseis in situ e garantir que sejam coletados adequadamente. Os alunos desse campo geralmente estudam geologia e biologia, no mínimo, antes de se mudarem para uma área específica de foco, e a maioria deles busca pós-graduação em paleobiologia.
Os avanços na tecnologia científica tornaram possíveis conquistas incríveis na paleobiologia. Por exemplo, amostras antigas de pólen podem ser recuperadas e estudadas para aprender mais sobre plantas arcaicas, e a tecnologia pode ser usada para olhar dentro de fósseis para ver padrões antes que os fósseis sejam abertos. Alguns paleobiólogos se concentram especificamente na criação de novas tecnologias para aprimorar sua ciência, em conjunto com equipes de engenheiros e outros especialistas.