Hóa thạch là bằng chứng tiến hóa do hóa thạch là di tích của các sinh vật đã từng sinh sống trong các thời đại địa chất được lưu tồn trong các lớp đất đá của vỏ Trái Đất.
Căn cứ vào hóa thạch trong các lớp đất đá có thể suy ra lịch sử phát sinh, phát triển và diệt vong của sinh vật. Bằng phương pháp địa tầng học và phương pháp đo thời gian phân rã của các nguyên tố phóng xạ, người ta có thể xác định được tuổi của địa tầng, từ đó xác định được tuổi của hóa thạch và ngược lại.
Hoá thạch là một trong các bằng chứng tiến hoá của sinh vật qua các thời gian địa chất. Căn cứ vào tuổi của hoá thạch và đất đá kết hợp với sự biến đổi địa chất, khí hậu, có thể xác định được lịch sử phát triển của Trái Đất và sinh vật, phân định được thời gian địa chất.