Ci sono centinaia o addirittura migliaia di reperti fossili molto importanti, ma alcuni si distinguono per aver cambiato per sempre il modo in cui guardiamo a un grande taxon di animali o all’epoca della storia palentologica.
I reperti fossili che spiccano di più sono 1) la scoperta di un mosasauro (rettile acquatico) da parte di Georges Cuvier nel 1808, che inaugurò l'”Età dei rettili” paleontologica, 2) scoperte di armadilli giganti e bradipi giganti da parte di Darwin nel 1850, che lo aiutò a formulare la sua Origine delle specie, 3) la scoperta dell’uccello dinosauro Archaeopteryx nel 1861, che fornì un supporto cruciale a quella teoria, 4) la rinascita della caccia ai fossili nello scisto di Burgess di età cambriana negli anni ‘1970 e gli anni ‘1980, che hanno rivelato i precursori della maggior parte dei phyla animali moderni, e 5) la comprensione dell’importanza del Mistaken Point Assemblage di Ediacaran a Terranova, che ha rivelato fossili ben conservati di alcuni dei primi animali multicellulari conosciuti.
Sebbene i ritrovamenti fossili siano stati avvenuti fin dall’antichità, non è stato fino all’attento lavoro di Georges Cuvier nel 1790 che gli scienziati hanno accettato che i fossili rappresentassero animali antichi, molti dei quali sono ora estinti. Fino a quel momento il mondo aveva difficoltà ad accettare l’estinzione, per ragioni filosofiche e teologiche. L’inizio del XIX secolo fu una rinascita dei reperti fossili, con tutti i principali gruppi di dinosauri e molti pesci fossili, invertebrati e piante trovati durante questo periodo. Adolph Brongniart ha scavato importanti fossili di piante e ha diviso la storia della vita vegetale in quattro ere: a base di spore (licheni, muschi, felci, ecc.), Conifere, cicadee e l’era moderna delle piante da fiore.
I reperti fossili storici più importanti negli ultimi tempi riguardano gli albori della storia animale, da 520 milioni di anni fa e oltre, fino a circa 600 milioni di anni fa, quando compaiono per la prima volta gli organismi multicellulari. I reperti più affascinanti sono emersi dal Burgess Shale, nel Canada occidentale, e Mistaken Point, nel Canada orientale. Il Burgess Shale rivela un mondo antico ben conservato di antropodi, molluschi, spugne e anellidi, mentre Mistaken Point rappresenta un’era ancora precedente, in cui quasi tutti gli animali erano fronde stazionarie e filtratori a forma di sacco e simbionti algali ancorati al mare pavimento. Questi erano probabilmente cnidari, come le penne marine dei giorni nostri, o ancora più primitive propaggini del regno animale.