现在我们知道地球的历史约有46亿年了，在这数十亿年里，地球经历过很多变化，曾多次出现由海变陆，或由陆变海的过程。伴随着这些变化，地球上也出现了生物从无到有，从低级到高级的发展过程。那为什么科学家们能知道地球在这数十亿年里发生过这样的变化？难道是科学家们亲眼看到沧海桑田或者他们亲眼看到现在的生物是从低等种类向高等种类进化而来的吗？科学家们没看到，但是他们找到了了解地球历史的几把钥匙，通过这几把钥匙，科学家们就能打开了解地球历史的大门。
第一把钥匙--岩石
我们现在知道，地壳是由岩石组成的，通过研究这些岩石的物理性质和化学性质，就能对地球早期的面貌进行科学的推测。岩石在我们生活中并不陌生，可能到处都可以看到各种各样的岩石，眼花缭乱的，但其实岩石一般可以分成三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。
借助这三大类岩石，大致可以推测地球在某时某地，是海洋、是陆地、是高山、是平原、有无火山活动、地壳运动等等。沉积岩的岩相可以成为了解海陆变化、气候特征、水文情况等古环境特征的重要依据。从变质岩与火成岩的特征中可以推测地壳运动包括火山活动的规模、程度。当然，仅仅依靠观察岩石来了解地球的演化是不足的。比如同样的页岩、砂岩、石灰岩，既可以在海洋里形成，又可以在陆地上的河流或湖泊中形成。因此，在观察岩石的基础上，必须进一步研究包含在岩石里的，特别是沉积岩中的东西了。
第二把钥匙--化石
化石是指由于自然作用保存在地层中的地史时期的各类生物的遗体、遗迹、遗物等。现代生物的生长、繁殖与环境和气候条件关系密切，古代生物也是同样。因此，化石就成为沉积岩层中指示当时环境特征的可靠依据了。
比如，在石灰岩地层中发现珊瑚化石，就知道当时这里是海域环境；如果珊瑚、藻类丛生，还有软体动物、腕足动物及其他底栖生物化石，就可以断定这是古代海洋中的生物礁环境，并推测当时当地是处于热带或亚热带的浅水海洋环境中。如果发现大量树木化石，则可以认为当时这里是森林；如果植物化石中棕榈、樟树等较为集中，说明当时是热带、亚热带地区；如果有大量的冷杉、云杉等则说明当时这里是北温带或寒带区域。
如此类推，从地层中发现不同种类、特征的化石就可以大致推断当时当地的地理、气候和环境等。除此以外，从不同时期的岩石中所存在的化石种类，还显示出生物的演化是遵循着从低级到高级、从原始到复杂的规律，而且其进化过程又显示出阶段性。
第三把钥匙--岩层中的印记
我们在观察岩石和其中保存的化石时，会发现岩石的颜色、厚薄、矿物成分、颗粒粗细、滚圆度和层面上的某些特殊标志等，都跟化石的有无、某类化石的集中、某类化石的稀少、乃至化石的埋藏形态等均有密切关系。同时，岩石的颜色、结构、构造特点本身也常常可以反映出当时的气候和环境。
岩石是由矿物组成的，而矿物是由各种化学元素构成的，因此岩石的颜色本应由矿物和元素化合以后反映出来的颜色决定的。但情况往往不是这样，比如砂岩的主要成分是石英，而石英本身是无色透明的，但多数石英的成分不纯，所以呈浅灰色的也很多，如果是纯净的砂岩，也应具有相同的颜色。但事实上，不少砂岩发黄、发红、甚至呈紫色，有些则是灰绿色。这是什么原因造成的呢？原来砂岩内含有相当多的铁质，铁在潮湿而暖热的气候环境中容易发生氧化，出现红色的铁锈；如果铁质含量较少，氧化又不充分，就显示出黄色或黄红色；如果铁质含量高，氧化又充分，那么整片的砂岩都会变红了。
这样的话，我们看到红色的砂岩、页岩或者其他岩层，就有理由推测形成这些岩石时的气候环境应属湿热了；如岩层呈黄色，也许是属于干燥的气候环境；如果岩层中夹着高铝质的“硬盘”，则说明当时炎热多雨。
同时，还应该注意沉积岩的结构和构造所反映出来的古环境特点。比如从岩石矿物的粒度、颗粒的形态，地层内砾石排列的方向、波痕、层理、泥裂、雨痕等这些保存在沉积岩内部或表面的特征，都可以对当时环境、气候等的了解有相当大的帮助。
另外还有一些特殊的岩石（如蒸发岩和冰碛岩）与矿物，它们的一些特征，同样能反映当时的气候和环境。