La temperatura es el factor ambiental que más influye en el crecimiento de los organismos, y no solo controla su distribución latitudinal, sino que también determina su distribución vertical tanto en los organismos marinos como en los terrestres. Por lo tanto, los organismos pueden clasificarse en tropicales, templados y árticos, así como en termófilos y frigófilos, e incluso en termales y frígidos. Por ejemplo, cuando se descubren fósiles de coral, independientemente de dónde se encuentren, indican que el lugar estaba en un entorno marino cálido en el pasado. El impacto de la temperatura también se registra en los esqueletos u otros fósiles de organismos duros, y los anillos de crecimiento en los esqueletos son un indicador de las estaciones o la duración del día y la noche. Más interesante aún, la composición de las conchas o los dientes fósiles de los vertebrados también registra claramente los cambios de temperatura. El parámetro de temperatura más típico es la relación entre el oxígeno-18 y el oxígeno-16. Cuando el contenido de oxígeno-16 en los esqueletos fósiles es alto, indica que la temperatura ha aumentado, y viceversa, que ha disminuido. Además, elementos como el manganeso y el estroncio también son un buen indicador de los cambios estacionales de temperatura.
Además de la temperatura del medio ambiente, la temperatura de las rocas también se puede conocer a través de los fósiles. Hay un tipo de fósil llamado conodontes, que son fósiles de dientes de gusanos. Tienen diferentes colores, desde blanco y ámbar hasta negro. Los diferentes colores están relacionados con el grado de descomposición de la materia orgánica en los conodontes, y el grado de descomposición de la materia orgánica está relacionado con la temperatura de las rocas, la profundidad de enterramiento y el tiempo. Por lo tanto, los conodontes pueden servir como un «termómetro» de las rocas y ser una referencia en la exploración petrolera.