Um procedimento bastante usual de pesquisa paleontológica em superfície, consiste em escolher o tipo de animal ou planta a ser estudado, determinar a idade dos depósitos em que este possivelmente se encontra e, de posse de mapas geológicos precisos, selecionar a região a ser pesquisada.
Uma vez em campo o paleontólogo busca escarpas, barrancos de rios e outros locais em que as rochas estejam expostas, sofrendo erosão. Ali ele procurará por fósseis parcialmente expostos e trabalhará para libertá-los. No caso de pequenos animais invertebrados, pode-se escavar afloramentos a título de amostragem, para determinação do sítio mais interessante a ser trabalhado.
Já o estudo paleontológico em cavernas está recheado de peculiaridades que o diferenciam de seu equivalente na superfície. Enquanto os fósseis na superfície apresentam-se dispostos em camadas sucessivas mais ou menos ordenadas, servindo inclusive para a datação das mesmas e correlações estratigráficas, em uma caverna é comum uma situação de caos estratigráfico, devido à irregularidade de deposição de sedimentos e à eventual ação de enxurradas e rios subterrâneos que podem revolver os depósitos por onde passam.
O processo mais comum de fossilização em cavernas é a incrustação. Com efeito, freqüentemente os fósseis podem estar dispostos sob capas calcárias ou parcialmente presos por espeleotemas ímpares fazendo da decisão de sua retirada um dilema, devendo-se avaliar se a peça fóssil em questão é inédita e o quão útil ela será para estudo. Em tal situação o melhor procedimento seria apresentar o seu registro fotográfico a um especialista.
De qualquer forma, uma vez que um fóssil foi localizado, o registro fotográfico da peça tal como foi encontrada, sua disposição na caverna e uma descrição o mais completa possível de sua situação, devem sempre ser a etapa inicial do trabalho e apenas no caso da peça representar algum valor como objeto de estudo deve-se removê-la.
É importante ressaltar que ao se retirar fósseis de uma caverna deve-se ter em mente que seu destino deve ser um paleontólogo. O mais interessante a fazer quando se encontra um fóssil em uma caverna é entrar em contato com um especialista e acompanhá-lo até o local, consistindo em uma ótima oportunidade de aprendizado para o pesquisador amador.
Dentre as dificuldades impostas pelo ambiente cavernícola, destaca-se o desconforto geral pois muitas vezes o acesso ao fóssil é dificultado por passagens estreitas, abismos, lama e água , fatores estes que extenuam o homem e limitam o equipamento a um mínimo possível. Segue-se que o espaço de trabalho pode ser muito apertado, obrigando o paleontólogo a permanecer por várias horas nas mais incômodas e diversas posições, sob condições de temperatura, umidade e iluminação quase sempre desfavoráveis ao conforto humano.
Retirar um fóssil de seu leito é uma tarefa meticulosa, dispendendo muita atenção, perícia e paciência. O material pode estar em tal estado que um toque seja o suficiente para destruí-lo, sendo necessário o emprego de resinas endurecedoras e proteger as partes expostas com gesso antes do início de sua retirada.
Uma vez livre, a peça deve ser cuidadosamente protegida, identificada com um código de campo, embalada e transportada até o laboratório, onde por meio de desgaste químico (ataque controlado de ácidos) ou físico (com agulhas finíssimas, talhadeiras e brocas delicadas), remove-se tanto quanto possível da rocha onde está o fóssil.
É a partir deste estágio que o paleontólogo pode iniciar o estudo dos ossos, utilizando seus conhecimentos em relação a seres semelhantes (anatomia comparada), tanto pré-históricos como atuais, para reconstituir sua forma e seus possíveis hábitos de vida. A seguir, deve-se avaliar sua situação sistemática e registrar o achado.
Deve-se salientar que o exercício da atividade paleontológica não isenta seus praticantes da necessidade de observarem as regras de segurança em cavernas, tais como a utilização de um equipamento mínimo de proteção individual, como capacetes e roupas adequadas, portar sempre sistemas de iluminação e seus combustíveis em quantidade adequada e utilizar-se da companhia de espeleólogos (especialistas em cavernas) experientes.