Paleontólogos e biólogos, apesar de terem interesses similares, costumam utilizar diferentes linhas de pesquisa e métodos para entender o comportamento animal. Enquanto biólogos utilizam de observações naturais e experimentos para testar suas teorias, paleontólogos não conseguem fazer observações comportamentais em tempo real, e dependem da análise de amostras fósseis preservadas. Entretanto, apesar de os fósseis terem potencial para fornecer evidências diretas relacionadas as origens e modificações comportamentais ao longo do tempo, eles nem sempre contém informações muito confiáveis e os estudos comportamentais dentro da paleontologia costumam se basear em casos individuais e isolados, ou seja, não é possível fazer observações repetidas de um mesmo indivíduo em diferentes momentos.

Os estudos de comportamento animal podem ser divididos em diferentes categorias, como por exemplo alimentação, defesa, comunicação e migração. Destes, evidências de comportamentos voltados para o aspecto social, como comunicação e cuidado parental são mais difíceis de serem encontrados em registros fósseis, enquanto as categorias envolvendo transmissão cultural, aprendizagem e personalidade não são observadas devido a impossibilidade de preservar momentos instantâneos. Entretanto, alimentação, seleção de habitat e migração, por exemplo, são exemplos mais comuns de serem encontrados em registros fósseis, sendo os vestígios e “comportamentos congelados” produtos preservados do comportamento.

Em alguns casos, os corpos de organismos são preservados na posição exata em que eles desempenhavam prováveis ações comportamentais no momento de sua morte, sendo chamados de “comportamentos congelados”. Esses registros, como a cópula de insetos ou predação de peixes, podem ser encontrados em âmbar ou em depósitos de lagos e fornecem uma possível confirmação direta de um comportamento. No entanto, esse tipo de fóssil exige uma preservação em condições específicas e com pouca perturbação, sendo, portanto, raros.

Já os fósseis do tipo vestígio (icnofósseis) são os mais comumente utilizados para estudar comportamentos preservados. Esses tipos de fóssil são estruturas resultantes da modificação do substrato devido a atividades de vida de um organismo. Entretanto, eles registram apenas os comportamentos capazes de modificar alguma estrutura ou material, como perfurações, tocas, pegadas e trilhas. Outra dificuldade é que traços de vestígios capturam apenas uma fração do corpo animal e organismos diferentes podem produzir vestígios semelhantes, enquanto um mesmo organismo pode produzir diferentes marcas. Além disso, um mesmo comportamento pode deixar marcas diferentes dependendo do substrato em que o animal estava, como uma pegada de pé que deixa marcas diferentes quando feita na areia ou na terra. Apesar de todas essas complicações, esses vestígios fósseis são fundamentais para documentar a evolução do comportamento, principalmente em situações em que o corpo fóssil não está disponível ou não é capaz de fornecer informações.

Portanto, os registros fósseis podem servir como uma rica fonte de dados acerca do comportamento de animais já extintos, mas, para isso, é necessário entender como os fósseis capturam informações comportamentais e como elas variam entre as categorias e grupos taxonômicos. Assim, uma possível junção entre estudos comportamentais da fauna atual e fóssil parece ser promissora para o entendimento da evolução e desenvolvimento animal ao longo do tempo.