生物标志

生物都是在一定的环境中生存的，生物的演化也是生物不断适应周围环境的结果。因此，生物能反映其所生存的环境，如生物的分异度，从赤道向两极呈现由高到低的梯度变化，反映了当时的气候状况。热带生物最丰富，温带动、植物种类较少，而南北极最为贫乏。北美陆生鸟类和哺乳类，都是随纬度的降低而分异度增高，如鸟类从40个种增加到660种，哺乳动物由20个种增加到130个种，植物界也有类似的情况。中、南美热带雨林1公顷面积有40～100个不同的种，北美东部落叶林带只有10～30个种，加拿大北部针叶林带，仅有1～5个种。除纬度外，海拔高度、湿度和水深等也影响生物的分异度。

古气候学

一般来说，用植物化石来判断古气候是比较可靠的，其次是底栖固着的无脊椎动物。脊椎动物小型两栖类、爬行类由于有冬眠的习性，在较冷的气候条件下还能生存。而大型的爬行类如鳄，绝大多数分布在热带和亚热带，只有很少的代表分布在温带。所以丰富的大型爬行类化石的存在，标志着温暖的气候。无脊椎腔肠动物的造礁珊瑚几乎全部生活在热带，它们不能生活在低于16～17℃的条件下，一般在25～30℃的条件下，个体丰度及分异度最大。地球赤道两侧热带和亚热带的浅海，广泛分布着珊瑚礁。

这一地区水面年平均温度约18～30℃。这样，在地层中如发现大量由珊瑚等形成的生物礁，就可以推测，这种地层分布的地区应属于热带、亚热带的浅海环境。腕足动物的舌形贝是一种“狭温动物”，它只在热带和亚热带的浅海与潮汐带生活。晚古生代的?类和新生代的货币虫也是温暖海水中的无脊椎动物。南大陆二叠纪双壳类的宽铰蛤属 (Eurydesma)是典型的冷水型标志。叠层石是生物成因的沉积构造，它是蓝绿藻与碳酸钙相互作用的结果。而钙质藻在热带、亚热带浅海水域最为发育。钙质绿藻几乎全部生活于热带地区，只有少数几个种分布于温带。中石炭世至早二叠世，随着植物类群的迅速演化繁育，分布地区日益扩大。在北半球的聚煤地带，生长着茂盛的陆生植物，具有高大的树干和密厚的枝叶，同现代的热带丛林酷似。

从石炭-二叠纪植物的器官分析，它们还缺少完善的防止水分蒸发的表皮层，木质部分和厚壁细胞均不发育，没有年轮，多数为乔木。由此推断，当时的气候既温暖又潮湿，大约相当于现今的热带和亚热带雨林地区。然而，在约3亿年前的南半球，景观却不是这样，从地层中采到的植物化石是以舌羊齿(Glossopteris)为主，属于旱生植物，大都是矮小的灌木状或类似草本的类型，树叶紧密排列，而且坚厚，木质部分具有年轮，植物群的种类相当单调，数量贫乏。由此推断，石炭纪、二叠纪南半球的气候可能既寒冷又干燥。格陵兰等地位于北极圈内，气候寒冷，常年冰雪覆盖。在距今1000万年前的地层中，发现了象木兰、棕榈等常绿乔木的植物化石，这些植物现仅见于热带。这说明格陵兰等地在1000万年前属热带气候。不仅植物可以反映古气候的特征，而且年轮和一些植物器官也可用来分析气候，如植物叶片的叶级（叶片面积的大小）、叶缘、滴水尖的有无、叶型、叶脉类型、叶脉密度、叶片角质层厚度和叶基形态等。