L'identification des fossiles repose sur des critères essentiellement morphologiques. Le paléontologue regroupe des individus qui se ressemblent au sein d'espèces définies par leur morphologie (notion de morphoespèce). Les caractères géochimiques et moléculaires complètent l'identification des espèces fossiles (utilisation de l'ADN ancien et paléogénomique, utilisation des protéine ancienne paléoprotéomique).