Paleontologie obratlovců se snaží odhalit chování, rozmnožování a vzhled vyhynulých zvířat s obratli nebo notochordem prostřednictvím studia jejich zkamenělých pozůstatků. Snaží se také pomocí evoluční časové osy propojit zvířata minulosti a jejich novodobé příbuzné.
Fosilní záznamy jasně neukazují evoluční vývoj od raných vodních obratlovců k savcům, ale existují určité důkazy. Nejstarší známí fosilní obratlovci byly těžce obrněné ryby objevené ve skalách z ordovického období asi před 500 až 430 miliony let. (Fráze ‘před miliony let’ je ve většině paleontologických odkazů zkrácena na ‘mya’). Devonské období (395 až 345 mya) přineslo změny, které umožnily primitivním rybám dýchajícím vzduch zůstat na pevnině tak dlouho, jak si budou přát, a tak se stali prvními suchozemskými obratlovci, obojživelníky.
Obojživelníci vyvinuli formy rozmnožování a pohybu a metabolismus vhodnější pro život výhradně na souši, stávali se plazivějšími. Plnozralí plazi se objevili v karbonovém období (345 až 280 mya).
Změny plazů a jejich adaptace na potravu a geografii jsou zaznamenány ve fosilním záznamu o různých formách therapsidy. Praví savci se objevili v triasu (225 až 190 mya) přibližně ve stejné době jako dinosauři, kteří také vyrašili z linie plazů.
Ptáci se od dinosaurů oddělili nejprve mezi 100my a 60 mya .
Jedním z lidí, kteří pomohli zjistit vývoj obratlovců, byl francouzský zoolog Georges Cuvier (1769-1832), který si uvědomil, že fosilie nalezené ve starších skalních vrstvách se značně liší od novějších fosilií nebo moderních zvířat. Své poznatky publikoval v roce 1812, a přestože vytrvale vyvracel evoluci, jeho práce prokázala (v té době) kacířskou teorii vymírání druhů.
Paleontologie se ale opravdu rozběhla, když švýcarský přírodovědec Louis Agassiz (1807-1873) publikoval Recherches sur les poissons fossils (1833-1843). Studoval, popsal a vyjmenoval stovky druhů fosilních ryb, čímž zahájil seriózní studium života vyhynulých živočichů.
V moderní době někteří říkají, že Alfred Romer (1894-1973) napsal definitivní učebnici na toto téma, nazvanou Paleontologie obratlovců, která ukazuje postup evoluce u fosilních ryb, obojživelníků a plazů prostřednictvím srovnávací anatomie. Romer se stal prvním prezidentem Společnosti paleontologie obratlovců v roce 1940. Jiní by tvrdili, že současnou definitivní knihu na toto téma napsal Robert L. Carroll z McGillovy univerzity ve svém textu Paleontologie obratlovců a evoluce z roku 1988. Carroll byl prezidentem Společnosti paleontologie obratlovců v roce 1983. Společnost informuje své členy o nejnovějších objevech prostřednictvím bulletinů a časopisu Journal of Vertebrate Paleontology.
Paleontologická klasifikace obratlovců
Jedná se o „tradiční“ klasifikační schéma, které lze technicky popsat jako parafyletické. To znamená, že klasifikační schéma nemusí nutně představovat evoluční historii tříd. Například ptáci jsou obecně považováni za potomky saurischiánských dinosaurů, ale v tomto systému jsou oba uvedeni jako samostatné třídy.
(Pro alternativní systém viz Seznam klasifikací dinosaurů )