หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิต

โดยปกติเมื่อสิ่งมีชีวิตไม่ว่าจะเป็นพืชหรือสัตว์ตายลงก็มักจะถูกย่อยสลายให้ เน่าเปื่อยผุพังลงจนไม่มีซากเหลืออยู่ แต่สำหรับบางสภาวะที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของซากสิ่งมีชีวิตได้ดี เช่น การอยู่ในน้ำแข็ง การอยู่ในยางไม้ (อำพัน) หรือการฝังตัวอยู่ในดินโคลนจนกลายเป็นหินจะทำให้สิ่งมีชีวิตที่ตายลงยังคง เหลือให้เห็นเป็นซากดึกดำบรรพ์ (fossil) ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญที่ทำให้เราทราบว่าเคยมีสิ่งมีชีวิตมากมายที่เกิดขึ้น ในอดีต หลายชนิดสูญพันธุ์ไปแล้ว เช่น ไดโนเสาร์ และส่วนใหญ่ที่มีชีวิตอยู่ก็มีสัณฐานเปลี่ยนแปลงไป          ซากดึกดำบรรพ์จะพบมากในหินชั้นหรือหินตะกอน นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอายุของซากดึกดำบรรพ์ได้จากอายุของชั้นหิน ซากดึกดำบรรพ์ที่พบในหินชั้นล่างย่อมมีอายุมากกว่าซากที่พบในหินชั้นบน และเมื่อพิจารณาถึงโครงสร้างแล้วซากดึกดำบรรพ์ในหินชั้นบนจะมีความซับซ้อน และมีโครงสร้างที่ใกล้เคียงกับสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันมากกว่า

ซากดึกดำบรรพ์ในชั้นหินต่างๆ

          อย่างไรก็ตามซากดึกดำบรรพ์เป็นเพียงหลักฐานหนึ่งเท่านั้นที่สามารถนำมาใช้อธิบาย การเกิดวิวัฒนาการ เพราะซากดึกดำบรรพ์ที่ค้นพบอาจไม่สมบูรณ์จึงให้รายละเอียดได้ไม่เพียงพอ ดังนั้นการเข้าใจถึงวิวัฒนาการจึงต้องใช้หลักฐานอื่นมาสนับสนุนเพิ่มเติม 

ซากดึกดำบรรพ์ของม้าที่แตกต่างกันในยุคต่างๆ ทำให้สามารถอธิบายถึงวิวัฒนาการของม้าจากอดีตถึงปัจจุบันได้

ซากดึกดำบรรพ์ของอาร์คีออปเทอริก