A temperatura é o fator ambiental que mais influencia o crescimento dos organismos, controlando não só a distribuição latitudinal dos organismos, mas também a distribuição vertical dos organismos marinhos e terrestres. Por conseguinte, os organismos podem ser classificados em tropicais, temperados e árticos, ou ainda como termófilos ou foto-térmicos, e ainda em organismos de fontes termais ou de fontes frias. Por exemplo, quando se encontram fósseis de coral, independentemente do local onde foram encontrados, isso indica que o local estava num ambiente marinho quente. O impacto da temperatura também é registado nos ossos ou outros fósseis duros, sendo os anéis de crescimento dos ossos um indicador das estações do ano ou da duração do dia e da noite. Ainda mais interessante é que a composição das conchas ou dos dentes de vertebrados fósseis também regista claramente as alterações de temperatura. O parâmetro de temperatura mais típico é a relação entre o oxigénio-18 e o oxigénio-16. Quando o teor de oxigénio-16 nos ossos fósseis é elevado, isso indica que a temperatura estava a aumentar, enquanto que, pelo contrário, indica que a temperatura estava a diminuir. Além disso, elementos como o manganésio e o estrôncio também podem indicar bem as alterações sazonais de temperatura.
Para além da temperatura ambiente, a temperatura das rochas também pode ser determinada a partir de fósseis. Há um tipo de fóssil chamado de conodontes, que são fósseis de dentes de vermes. Estes têm cores diferentes, desde branco a âmbar e preto. As diferentes cores estão relacionadas com o grau de deterioração da matéria orgânica nos conodontes, e o grau de deterioração da matéria orgânica está relacionado com a temperatura das rochas, a profundidade de enterramento e o tempo. Por conseguinte, os conodontes podem servir de "termómetro" para as rochas, sendo úteis na exploração petrolífera.