在现代生物学中，DNA双螺旋结构和中心法则的发现等一系列重大成就，促进了分子生物学的兴起和发展。在这种背景下，分子古生物学得以诞生，它以分子层次的微观方法来研究化石。目前做得较多的是对化石DNA（脱氧核糖核酸）的确定，如采用多聚酶链反应（PCR）方法从保存在琥珀中的始新世昆虫中检测DNA和从中新世地层木兰植物中提取DNA；对早期人类和西伯利亚猛犸化石DNA的研究；在中国对河南西部晚白垩世红层中恐龙蛋化石和山东新生代龟鳖化石DNA的提取和研究。上述研究都取得了一定的成果，但该项研究一定要注意化石材料和如何避免现代DNA污染等一系列问题。国外有一些实验室还对有孔虫DNA进行过排序，证实有孔虫是一种古老的独立谱系分支，并与甲藻之间有密切关系。
进行分子古生物学研究的意义在于能从分子级水平研究化石分类，完善生物起源和进化理论，加深对地质历史时期生物圈—地圈相互作用的了解，特别是碳循环的历史；而微古生物有机分子的研究对石油成因的研究也是十分重要的。