恐龙化石 [5] 的发现是研究恐龙*关键的一步。化石大多保存在沉积岩中，并且化石的出露也是有一定规律的。所以在寻找化石时，需要先对各种沉积岩以及它们的地质年代有所了解。新技术的采用在发现恐龙化石方面也可以助一臂之力。 对恐龙的研究基本上都是基于已经发现的化石。如今，古生物学家已经能够通过先进仪器不用破坏化石就可以看到其内部，而且也可以看到过去不可能检视的内部细微构造。这可以让人们了解恐龙的生活方式、食物、成长和行动方式等，并且得知恐龙的进化谱系
恐龙化石解剖学可以让人们提供化石恐龙本身可能的生活方式或构造的信息，还能提供该恐龙所属的类群进化的相关信息。古生物学家还可以拿某种动物的骨头来与相似类型的骨头做比较，从而阐述物种间的进化谱系关系。虽然化石恐龙的肌肉、器官等柔软组织是不可能变成化石保存下来的，但也可以用现代动物的解剖构造来与化石恐龙比较对照并推断出来交感神经系统和荷尔蒙系统一起协调恐龙身体的功能。绝大多数蜥脚类恐龙的脑部都很小，有些小型的兽脚类恐龙的脑部却比较大并且比较复杂。大型的兽脚类恐龙之一暴龙具有一个专门控制四肢运动、处理视觉与嗅觉讯息而设计的脑部，但它的大脑却非常小