化石を調べることにより地球上の生物の変遷（へんせん）の歴史（れきし）を知ることができる。過去（かこ）5億（おく）年の間に，少なくとも５回（オルドビス紀末（きまつ），デボン紀末（きまつ），ペルム紀末（きまつ），三畳紀末（さんじょうきまつ），白亜紀末（はくあきまつ））の大きな生物相の入（い）れ替（か）わりが起きたことが明らかになっている。これは比較的（ひかくてき）短期間に多数の種（しゅ）が絶滅（ぜつめつ）した事件（じけん），すなわち大量絶滅（たいりょうぜつめつ）が起こったことを意味している。
過去（かこ）に起こった最（もっと）も大きな規模（きぼ）の大量絶滅（たいりょうぜつめつ）は古生代（こせいだい）ペルム紀末（きまつ）に起きた絶滅（ぜつめつ）とされている。
これは古生代（こせいだい）と中生代（ちゅうせいだい）の境界（きょうかい）（P-T境界（きょうかい））にあたり，三葉虫（さんようちゅう）をはじめ古生代（こせいだい）の代表する多くの生物種（せいぶつしゅ）が絶滅（ぜつめつ）している。海生生物のうち最大（さいだい）96％，すべての生物種（せいぶつしゅ）でみても90％から95％が絶滅（ぜつめつ）したと考えられている。この時期には酸素（さんそ）濃度（のうど）が低下（ていか）しており，大量絶滅（たいりょうぜつめつ）の重要（じゅうよう）な要因（よういん）となったと考えられている。この絶滅（ぜつめつ）の引き金となった原因（げんいん）はまだ特定（とくてい）できていないが，超大陸（ちょうたいりく）パンゲアの形成（けいせい）により，巨大（きょだい）なマントルの上昇（じょうしょう）流であるスーパープルームが起こり，大規模（だいきぼ）な火山活動が原因（げんいん）であるという仮説（かせつ）が出されている。
中生代（ちゅうせいだい）と新生代（しんせいだい）の境界（きょうかい）である白亜紀末（はくあきまつ）にも大量絶滅（たいりょうぜつめつ）が起きている。恐竜（きょうりゅう）が絶滅（ぜつめつ）した時期であり，アンモナイトの絶滅（ぜつめつ）もこの時期である。この絶滅（ぜつめつ）の原因（げんいん）としては，巨大（きょだい）いん石が地球に衝突（しょうとつ）し，火災（かさい）と粉（ふん）じんで太陽光が遮（さえぎ）られたため，気温低下（ていか）が起きたという説（せつ）が有力である。白亜紀（はくあき）と古第三紀（こだいさんき）の地層（ちそう）の境界（きょうかい）（K-T境界（きょうかい））には，全世界的に共通（きょうつう）して，薄（うす）い粘土（ねんど）層（そう）が分布（ぶんぷ）しており，そこからは全世界的に高濃度（のうど）のイリジウムが検出（けんしゅつ）される。イリジウムは，いん石には多く含（ふく）まれているため，K-T境界（きょうかい）のイリジウムは地球に衝突（しょうとつ）したいん石によって全世界にばらまかれたと考えられ，いん石の衝突（しょうとつ）が原因（げんいん）という説（せつ）の根拠（こんきょ）となっている。ほかにはインドにおける溶岩（ようがん）の噴出（ふんしゅつ）跡（あと）から，この時期に大規模（だいきぼ）な火山活動が起こり，大量絶滅（たいりょうぜつめつ）に至（いた）ったという説（せつ）もある。
それでは，このいん石はどこに衝突（しょうとつ）したのであろうか。メキシコのユカタン半島北西部にあるチクシュルーブ・クレーターが注目されている。このクレーターは，現在（げんざい）は堆積（たいせき）物の下にあり，直径（ちょっけい）約（やく）180kmの馬蹄形（ばていけい）をしており，約（やく）6550万年前にできたものである。クレーターの大きさと形から，直径（ちょっけい）約（やく）10kmの巨大（きょだい）ないん石あるいは小惑星（しょうわくせい）が南東の方向から低（ひく）い角度で衝突（しょうとつ）したと推定（すいてい）されている。白亜紀末（はくあきまつ）の大量（たいりょう）絶滅（ぜつめつ）の原因（げんいん）に関（かん）しては，いん石衝突説（しょうとつせつ）のほかにも仮説（かせつ）が出されている。その１つとして，ペルム紀末（きまつ）の絶滅（ぜつめつ）と同様に，火山活動が原因（げんいん）であるという説（せつ）がある。この説（せつ）の根拠（こんきょ）としてインドにおける溶岩（ようがん）の噴出跡（ふんしゅつあと）から，大規模（だいきぼ）な火山活動が白亜紀末（はくあきまつ）に起こったことが推定（すいてい）されている。これにより大量絶滅（たいりょうぜつめつ）にいたったという説（せつ）であるが，同時期のイリジウム層（そう）の形成（けいせい）を説明（せつめい）することが現時点（げんじてん）では困難（こんなん）である。
大量絶滅（たいりょうぜつめつ）が起きたあとは，新たな生物種（せいぶつしゅ）が誕生（たんじょう）して急速な生物多様性（せいぶつたようせい）の回復（かいふく）が起きている。
これは，大量絶滅（たいりょうぜつめつ）を生（い）き延（の）びた生物群（せいぶつぐん）の中から，空いた環境（かんきょう）への適応（てきおう）放散（ほうさん）が起きているためであり，例（たと）えば，白亜紀（はくあき）から古第三紀（こだいさんき）にかけては，多様な恐竜（きょうりゅう）が占（し）めていたさまざまな環境（かんきょう）が哺乳類（ほにゅうるい）によって埋（う）められていった。
現在（げんざい），6回目の大量絶滅（たいりょうぜつめつ）が起きているのかもしれない。人間の活動により地球環境（かんきょう）が改変（かいへん）され，多くの種（しゅ）の生存（せいぞん）が脅（おびや）かされている。地質学的（ちしつがくてき）時間では非常（ひじょう）に短い過去（かこ）400年間で，1000種（しゅ）以上（いじょう）の生物が絶滅（ぜつめつ）している。国連（こくれん）のミレニアム生態系（せいたいけい）評価（ひょうか）によると，現在（げんざい）の生物の絶滅（ぜつめつ）の速度は過去（かこ）最高（さいこう）であり，化石記録（きろく）でみられる絶滅（ぜつめつ）率（りつ）の100～1000倍の速度で絶滅（ぜつめつ）していると推定（すいてい）されている。