主要研究生物化石的時空分佈、地層形成發育規律和確定地層相對時代的學科。地層學的一個分支。生物地層學這一術語是比利時學者L.A.M.J.多洛於1904年首次提出的，意指應用古生物學方法研究的地層學。
主要概念 生物地層學研究中，所遇到的主要概念有：
化石順序律 在整個地質時期內各種生物一個接著另另一個按先後順序出現。W.史密斯在1816年發表的名著《用生物化石鑒別的地層》中，首次提出生物順序發生的概念，並指出，相同的層總是發現有相同的疊覆次序並且包含相同的特有化石。這就是說化石順序律與地層層序律是一致的。
進化不可逆法則 生物順序發生是生物進化的結果。生物從低級到高級，從簡單到復雜，從不完善到完善的過程是一個前進性的發展。1893年，多洛把生物前進性的發展稱為進化不可逆法則。因此，化石是鑒別地層相對時代的最好工具。
生物進化的階段性 生物化石在不同的地質年代中，顯示著各不相同的特定面貌，而同一地質年代的化石卻有著大致相同的面貌。這種生物階段性的發展與地質歷史的階段性是密切結合在一起的，因此就有可能用生物發展面貌命名大的地質年代，如古生代、中生代和新生代等。
地質同時性 物種是形態穩定的生物分類單位，而化石種是生物地層學研究的基礎材料。在利用化石種作地層對比時，含有相同化石種的地層被認為是同期的地層。但一個化石種的持續期估計在50萬年到200萬年之間，且不同化石種的時間延限不同，所以，以化石為基礎的“地質同時”，不是一個精確的時間值。因此，生物地層學的地質同時性必須與通常的時間概念相區別。
進化速率 地層對比中衡量化石價值的主要標志。對進化速度快，如筆石、菊石、䗴等類別的屬種的時限隻占“階”的一部分，它們的結構特征更替迅速，可較精確地代表一定層位的相對時代，利用這種化石作地層對比的標準性較高；進化緩慢的屬，如舌形貝（Lingula）（從奧陶紀延續到現代）等保守類型，用於地層對比的標準性就低。
先驅和孑遺 新化石類型廣佈以前的少量代表稱為先驅；舊類型在絕滅之前的少量代表稱為孑遺。新化石類型的出現和舊類型的絕滅都是地層劃分的重要依據，但當新類型的出現與舊類型的孑遺分子混雜在一起，在地層劃分上有爭議時，一般優先考慮新類型，因為新類型的大量出現預示新階段的開始。
生物相 地層中所保存的生物化石及其所代表的自然環境稱生物相。生物相與巖相結合是恢復古環境的主要手段。隻適應特定環境的生物稱為狹生性生物，如珊瑚礁主要適應熱帶或亞熱帶環境適宜的海區，底棲的三葉蟲等常限於淺海環境等。有重要指相意義的生物化石稱為指相化石。
主要方法 生物地層學方法是解決顯生宙地層劃分、對比的主要手段，隨著先進技術的采用（如電子顯微鏡等），它在解決前寒武紀後期的地層問題顯得越來越重要。其主要方法有：
標準化石法 地理分佈廣、代表地層時代較短的化石稱為標準化石，用標準化石作地層對比是生物地層的傳統方法。確定標準化石是一個實踐經驗積累的過程，經過實踐檢驗的標準化石是地層對比的可靠工具。
化石群或化石組合法 共生在同一層位的化石稱為化石群或化石組合。化石組合反映其所生存的地質時代的生物群面貌，同時也能指示古地理環境。用化石組合法研究劃分對比地層，可全面考慮時限明確的化石屬種作為代表，並結合與其他化石共存關系的研究，較嚴格地進行地層對比。各種生物化石所代表的時限，取其最穩定的。
種系演化法 為瞭在理論上說明“生物順序”，就需要研究化石種的親緣關系，恢復它的演化順序。當我們從生物學的角度證明瞭甲種是乙種的祖先，就可無誤地斷定它們出現的先後順序。所以，種系演化的研究為確定地層的相對時代提供理論依據。
生態地層法 研究一個地質年代中的化石生態系是生態地層學的任務。生態地層學目前已成為生物地層學的一個重要分支，被認為是地層學的生長點之一。一個層位的化石組成稱為古群落，若幹古群落與無機環境交織的有機聯系稱為古生態系。古群落或古生態系對環境變化、氣候變化和地殼擾動特別靈敏。可以根據古群落的演變，恢復氣候的變遷和地殼活動的韻律，因此可作為地層劃分的依據。通過對古群落的定量研究，比較群落的類似性，可較精確地對比地層。
數字分析法 近20年來，數字分析的各種方法已在生物地層學中廣泛應用。1964年，A.B.肖把回歸分析引入生物地層對比。肖引用距離公式，統計進行對比的各剖面中化石種的出現和消失之間的厚度，求出各個剖面間的對比方程。對比方程顯示剖面所在地某一地質年代的沉積速率，並可做為時間對比的依據。多元統計方法如群分析、主成分分析、馬爾可夫過程等都已有人嘗試應用於生物地層問題分析，目前雖處於開創階段，已日漸引起重視。
生物地層單位 一個生物地層單位，是指具有相同化石內容和古生物特征並與鄰接的地層不同的一個層或巖層組。生物帶是被普遍接受的生物地層單位。1856年，A.奧佩爾把帶作為獨立的時間地層單位。在這以前，地質學文獻中“帶”的術語已經使用，但較含混。奧佩爾則明確指出，任何地方以若幹特定種為特征的某一層位，甚至可以在最遠的區域具有同樣的確定性，這種能確切地代表一定層位的化石，就是生物帶。這個概念為1900年在巴黎召開的第8屆國際地質會議所接受，作為正式的地層單位。後來許多學者認為生物帶的界面是穿時的，不能與時間單位相混淆。因此1937年，H.D.赫德伯格提出把時間地層、巖石地層和生物地層3類單位分列的方案。
1933年，W.J.阿克爾論述瞭生物帶不同類型，赫德伯格在1971年、1976年先後進一步論述各類生物帶的性質，主要分為：
組合帶 以某一地層中化石組合內容為特征，並據生物面貌的變化規定它的界面。一個組合帶可以根據所有各種化石類型，或僅根據某類化石而定（圖1）。
延限帶 以某一化石種、屬或其他分類等級在地質年代中延續的時限作為生物帶的范圍，其界面由化石的出現和消失確定。若隻考慮個別化石的延限，則為單個分類單位延限帶（圖2）。若考慮兩個化石共同重合的時限，則為兩個分類單位共存延限帶（圖3）。若考慮多個化石的共同延限，稱為奧佩爾帶（圖4）。
頂峰帶 以某類化石最繁盛為特征（圖5）。而不考慮共生和延續限的一組地層，其界面多少有些任意性，往往參考巖層面位置加以確定。
譜系帶 是由含有代表一般演化或發育線或趨勢標本的地層體所組成的一種延限帶類型，帶的上、下由演化線或趨勢現象的改變而限定（圖6）。
存在的主要問題 許多學者常常把生物地層學與時間地層學（或稱年代地層學）混為一談。時間地層單位的概念是赫德伯格提出的，目前為國際地層劃分分會采納。按照國際地層分類分會提出的定義，“一個時間地層單位是一段特定地質時間內形成的巖層所構成的巖層體”，並且規定時間地層單位包括宇、界、系、統、階、時帶。其中階是時間地層的基本單位，階是上下等時面限定下所形成的巖石，代表地質歷史中的基本事件，適用於區域性或世界性的對比單位。時帶是可明確確定時間界面的最小單位，可以用化石、礦物、特種巖石等作為時帶的物質內容。但有人（如J.M.漢考克，1977）主張“階”是生物地層單位，理由是：①A.C.多比尼（1842）提出階的概念時，把階與帶作為同等術語使用；②由於階的實際內容是生物帶的歸並。因此，把階作為時間地層單位與多比尼的概念不一致，而且實踐上有困難。持這種見解的人同時懷疑另立時間地層單位的必要性。
參考書目
C.O.鄧巴和J.羅傑斯著，楊遵儀、徐桂榮譯：《地層學原理》，地質出版社，北京，1974。（C.O.Dunbar andJ.Rodgers，Principles of Stratigraphy，John Wiley &Sons.Inc.，NewYork，1957.）
E.G.Kauffman and J.Hazel，Concepts and Methodsof Biostratigraphy，Dowden，Hutchinson &Ross Inc.，Stroudsburg，1977.