化石研究可以豐富地層研究。地層研究是地質研究的基礎，古生物化石是地質研究的基礎。地層對比的主要方法是生物地層學。常用的生物地層學方法是標準化石法，是指地質歷史上發育迅速、數量大、分布廣、特征明顯的化石。在地質歷史中，不同的氣候條件下有不同的生物和群落。古生物化石包含重要的環境信息。該領域最常用的化石是相化石，可以指示生物的生存環境。
許多沈積巖和礦床的形成都離不開生物作用，有些沈積巖和礦床是生物本身直接形成的。比如生物成因碳酸鹽、矽藻土、疊層石、有孔蟲灰巖都是生物成因巖石，煤、石油、天然氣的形成都與地質歷史上的生物密切相關。壹個明顯的例子就是利用孢粉化石來判斷生烴環境、有機質成熟度、生烴方向、原油運移路徑和通道缺口大小。此外，生物有機體和細菌在許多化學元素的富集中也起著重要作用。生物化石的研究可以為壹些微量元素礦床的開發提供指導。
自然史是地球生態系統中巖石圈、生物圈、大氣圈和水圈相互作用的歷史。因此，為了深入了解地球的地質變遷史和生物演化史，必須開展多學科的綜合研究。