Parler d’évolution de la vie et des espèces implique la recherche des liens de parenté qui unissent tous les organismes entre eux. L’établissement des arbres phylogénétiques qui matérialisent ces apparentements et l’orientation de l’évolution peut être indépendant du temps, mais ce dernier est en paléontologie un critère fondamental dans cette recherche ; c’est pourquoi des repères chronologiques sont presque toujours associés aux arbres phylogénétiques.
Dater l’âge (âge absolu) d’un fossile à l’aide de radio-isotopes est un acte rigoureux purement technique, situer l’âge d’un fossile par rapport à d’autres (âge relatif) est tout aussi rigoureux et objectif. Cependant, le choix des critères nécessaires à la construction des arbres phylogénétiques ne peut échapper à une part de subjectivité. Conscients de cette difficulté, les naturalistes des 18e, 19e et 20e siècles chercheront la méthode qui minimise la partie subjective de ces travaux.
Bien que restrictif pour les biologistes, le mot « filiation » est couramment employé pour désigner les diverses relations de parenté qui unissent des êtres vivants ; il est préférable de l’utiliser pour désigner une parenté directe et très proche comme celle qui unit successivement les organismes d’une lignée anagénétique (voir la section 3.3.2 : « Les modèles de spéciation, la spéciation par anagenèse et cladogenèse »). Pour désigner des liens entre ascendants et descendants moins directs, il est conseillé d’employer les termes généraux « apparentement » ou « parenté ».
La paléontologie s’appuie aujourd’hui sur différentes méthodes de datation qui permettent d’établir une chronologie de plus en plus précise des fossiles et des artefacts. Les principales méthodes utilisent la radioactivité, le rapport des acides aminés (D) et (L), la thermoluminescence, ou sont issues de la stratigraphie.