La investigación que se desarrolla en el Departamento de Paleontología abarca un rango muy amplio de especialidades (sitemática, evolución, biogeografía, tafonomía, isótopos, ADN fósil…), con grupos fósiles variados (vertebrados, invertebrados, plantas y palinomorfos, microfósiles) y de edades variadas (Paleozoico, Mesozoico, Neógeno y Cuaternario).

Los equipos investigadores los integran profesores, becarios pre- y postdoctorales, contratados de investigación, investigadores del CSIC y personal de otros centros nacionales e internacionales, y se agrupan en varios grupos de investigación que forman parte del cluster de Patrimonio del Campus de Excelencia Internacional de Moncloa. La investigación del Departamento cuenta con el apoyo de personal laboral (fotógrafo, técnicos de laboratorio, documentación, etc.) y de instalaciones entre las cuales hay que destacar el laboratorio de fotografía, microscopía, así como un taller y laboratorios específicos para el tratamiento de muestras de macrofósiles y de microfósiles.