La paléontologie est la science qui étudie les organimes vivants (végétaux, micro-organismes, animaux) ayant peuplé la Terre par le passé, à travers l'analyse de ce qu'il en reste, les fossiles.
En milieu karstique, ces vestiges sont essentiellement des os, des coquilles, mais peuvent être aussi des empreintes ou même des indices de leur activité (griffades, polis, ...) mais représentent une infime partie de la paléontologie et généralement limitée à des périodes récentes (essentiellement le Quaternaire).

Les paléontologues utilisent ces fossiles pour reconstituer l'apparence, le mode de vie et les interactions des organismes anciens.
Ils explorent également les environnements passés et les changements climatiques, contribuant ainsi à notre compréhension de l'évolution de la vie sur Terre.

La paléontologie se situe à l'intersection de la biologie et de la géologie. La spéléologie a souvent été à la source de découvertes importantes.

Quelques exemples :

- Certains gouffres constituent ce qui est appellé des avens-pièges. Au cours de milliers d'années, voire millions, les animaux de la surface chutent et constituent à la base de ces puits des amoncellements d'ossements permettant d'étudier la paléofaune. Disparus aujourd'hui, parfois pourront être retrouvés mammouth, lion et ours des cavernes... et même une aïeule de chauve-souris.

- D'autres cavités, non verticales peuvent constituer des abris ponctuels. Certaines sont des grottes à hivernation. Dans celles-ci les animaux viennent passer les périodes froides et certains peuvent périr lors de cette période. Les milliers d'années passant, la grotte devient alors un véritable ossuaire. C'est le cas de la grotte aux ours de la Balme à Collomb.

- Un autre cas peut être observé. C'est celui des grottes abris avec un puits non loin de l'entrée. Parmi les animaux réfugiés, quelques-uns, moins prudents, tombent dans ce piège naturel. Là encore les ossements permettent de reconstituer la faune passée.
Exemple remarquable, en Chartreuse, la découverte d'ossements de bouquetins dans des cavités a prouvé que l'animal était bien présent par le passé et a légitimé sa réintroduction.

- L'étude de la répartition des ossements de chauves-souris dans une grotte a permis de mettre en évidence la relation entre l'habitat des chauves-souris et les paléoclimats. Leur habitat était plus ou moins éloigné de l'entrée selon que l'on soit en période glaciaire ou interglaciaire.

- Outre les ossements, de nombreux indices de fréquentation par les animaux peuvent être trouvés et apporter des éléments importants pour la compréhenssion de l'évolution des cavités. Ce peut être des empreintes, des bauges en guise de couchage, des parois griffées ou polies par le frottement répété des animaux. La biocorrosion témoigne aussi de la fréquentation des cavités par les chauves-souris