Экологические ниши, занимаемые позвоночными, и приспособления к различным обстановкам очень разнообразны. Рыбы и низшие четвероногие позвоночные — земноводные — в своем развитии связаны с водной средой, остальные четвероногие являются настоящими наземными животными, перешедшими к размножению на суше (за редким исключением) и по разным биотопам широко расселившимися по земной поверхности.
Морфофункциональный анализ ископаемого костного материала и изучение формы тела и органов движения современных позвоночных позволяют делать выводы об образе жизни и условиях существования их ископаемых предков. Изучение приспособляемости ископаемых позвоночных к определенным условиям среды, климатам, растительности и ландшафтам, установление географических центров их возникновения, миграции и расселения позволяют делать палеоэкологические выводы, увеличивая тем самым роль палеонтологии позвоночных для геологии. Например, найденная в Сибири фауна жирафов, страусов, носорогов (животные Эфиопской зоогеографической области) характеризует субтропический климат и соответствующие ему условия существования. Нахождение остатков вымерших песцов и других полярных животных в Крыму также характеризует климат и ландшафт прошлых эпох. Изучение комплексов фаун позвоночных важно для восстановления связей между материками геологического прошлого. Например, пути миграции и расселения копытных и хоботных свидетельствуют о связи Старого и Нового Света в кайнозое через Берингов пролив и т. д. При восстановлении среды обитания позвоночных результаты, полученные при изучении ископаемых скелетных остатков, необходимо сочетать с данными по ископаемой флоре и наземным беспозвоночным.