Az evolúció közvetlen bizonyítékai a földtörténet korábbi idejéből fennmaradt ősmaradványok. E leletek vizsgálatával, kutatásával foglalkozik az őslénytan (paleontológia). A legismertebb maradványok az üledékes kőzetekben található kövületek, más néven fosszíliák. Az egykori élőlények lágy szöveteiből kövületek nem képződhettek a gyors lebomlás miatt, de helyenként, különösen szerencsés földtani körülmények között életnyomok (pl. mászásnyomok, lábnyomok) és lenyomatok maradtak fenn belőlük. A fen Ősállat lábnyomai az ipolytarnóci lelőhelyen yők elterjedése után az is előfordult, hogy egyes élőlények a gyantába süllyedtek, és a megkövült gyantából kialakult borostyánkőbe ágyazottan maradtak fenn napjainkig. Földünk állandóan fagyos területein a jégbe fagyva számos élőlénymaradványt leltek már. Közismert például, hogy a XX. században több mamut tetemére bukkantak Szibéria jegében.

Az élet történetének feltárását nagymértékben nehezíti, hogy minél távolabbra tekintünk vissza a Föld történetébe, annál kevesebb lelet áll rendelkezésre, hiszen a geológiai események során az idő előrehaladtával a régen keletkezett maradványok egyre nagyobb hányada elroncsolódik, eltűnik.

Őshüllő koponyájának megkövesedett maradványa

Cédrushajtás lenyomata