Zooarheoloģija aptver ļoti plašu pētniecības tematu loku, kā piemēram, dzīvnieku pieradināšanu (domestikācija), slimības un traumas (paleopatoloģijas), dabas un klimata izmaiņas (paleoekoloģija), senā uztura (paleodiētas) tipus un tradīcijas (t. sk. ēdiena tabu), kultūras un tehnoloģiju pārnesi (t. sk. dzīvnieku izcelsmes resursu, piemēram, ādas, kaula, raga, vilnas, astru u. c. ieguvi un izmantošanas veidus), kā arī reliģijas, tirdzniecības un apmaiņas, ģērbšanās, rotājumu un citus pētījumus.

Zooarheoloģija palīdz identificēt un saprast cilvēku, dzīvnieku un vides, kurā tie dzīvoja, mijiedarbības formas, tādēļ teorētiskajā klasifikācijā tā dēvēta arī par vides arheoloģijas (environmental archaeology) un sociālās arheoloģijas (social archaeology) apakšnozari. Pamatā tā apvieno sevī arheoloģijas un zooloģijas zinātnes.

Tafonomijas – fosilizācijas procesu – izpētē izmantotie paņēmieni ietver pētījumus par to, kā un kādos apstākļos dzīvnieku izcelsmes artefakti nonākuši konkrētajā arheoloģiskajā piemineklī (arheoloģizējušies). Tā kā kultūrslānī esošais dzīvnieku osteoloģiskais materiāls visbiežāk ir ļoti fragmentārs, tad īpaši smalki tiek pētītas kaulos atstātās pēdas, meklējot griezumu, cirtumu, lauzumu (galvenokārt gaļas sadale), zāģējumu (kaulu apstrāde), deguma (rituāla kremācija vai pārtikas atkritumu utilizācija), kā arī citu dzīvnieku graušanas pēdas, ja kaulu paliekas noteiktu laiku atradušās kultūrslāņa virspusē. Kaulu saglabātības pakāpi ietekmē arī dažādas sēnes un klimatiskie apstākļi. Liela daļa fizisko kaulu bojājumu konstatējami arī ar neapbruņotu aci, bet objektīvai izpētei tiek izmantots gaismas mikroskops ar vismaz desmitkārtīgu palielinājumu. Izmantojot zināšanas par dzīvnieku izcelsmes produktu lietošanas ierobežojumiem dažādu kultūru un reliģiju piederīgo uzturā (pārtikas tabu), iespējams precizēt cilvēku apdzīvotības raksturu un sabiedrības sastāvu. Piemēram, košera gaļas ieguvei izmantojamo dzīvnieku kaulu un specifisko gaļas apstrādes pēdu konstatācija tipiskās vietās uz kaulu virsmas deva iespēju pilsētās lokalizēt ebreju kvartālus (geto) un to lopkautuves. Paleopatoloģiju pētniecībā specifiskas traumas un kaulu patoloģijas ļauj izdalīt tos dzīvniekus, kas izmantoti specializētu funkciju veikšanai ilgstošas slodzes apstākļos – arklu, vezumu vai ragavu vilcējus. Zirgu apakšējo priekšdzerokļu (P₂s) nodiluma mērījumi sniedz iespēju nodalīt savvaļas no pieradinātajiem t. i. iejūgtajiem indivīdiem, kuri nēsājuši iemauktus ar trenzēm.

Kvantifikācijas interpretācijas tiek izstrādātas, pamatojoties uz kaulu skaitu un lielumu, lai gūtu priekšstatu par to, cik daudz un dažādi dzīvnieki tika audzēti un lietoti uzturā konkrētajā kopienā vai objektā.

Dzīvnieku kaulu precīzi un sistemātiski mērījumi ļauj noteikt dzīvnieku auguma parametru izmaiņas ilgstošā laika periodā, kas pierāda evolūcijas un selekcijas ietekmi uz konkrētām sugām, kā arī nereti palīdz noteikt indivīda dzimumu (sugām, kurām raksturīgs dzimumu dimorfisms).

Dzīvnieku atlieku identificēšanai nepieciešama anatomijas, taksonomijas un arheoloģiskā konteksta izpētes simbioze. Zooarheologam nereti tikai pēc pavisam neliela kaula fragmenta jāspēj identificēt gan elementa novietojumu skeletā, gan dzīvnieka, kam kauls piederējis, sugu (taksonomija). Zooarheoloģijā tiek izmantota Linneja nomenklatūra (Linneja taksonomija; zviedru botāniķis un zoologs Kārlis Linnejs, Carl von Linné), jo tā rada iespēju arheologiem identificēt starp sugām pastāvošas ģenētiskās un morfoloģiskās attiecības.

Ģenētiskā analīze, izmantojot seno rekombinanto dezoksiribonukleīnskābi (DNS; aDNA jeb ancient DNA), var sniegt informāciju ne vien par ģenētiskajām transformācijām, bet arī par populācijas kustību un nepieciešamajiem vides pielāgojumiem. Sistemātiski DNS pētījumi apvienojumā ar arheoloģisko datu interpretāciju var sniegt priekšstatu, kā cilvēki dažādos reģionos pieradināja (domesticēja) savvaļas dzīvniekus (vilks-suns, meža cūka-mājas cūka utt.). Tomēr arheoloģiskajos paraugos DNS nereti saglabājies ļoti fragmentāri (ļoti īsas sekvences) un seno DNS viegli piesārņot ar mūsdienu DNS, tādēļ senās DNS izdalīšanai un paraugu iegūšanai nepieciešama specializēta apmācība, kā arī strikti jāievēro protokols, lai maksimāli novērstu mūsdienu DNS piesārņojuma klātbūtni.

Izmantojot ZooMS analīzi dzīvnieku sugas var noteikt pat tad, ja kaulu morfoloģiskās īpašības nav saglabājušas. Metodē tiek izmantotas sugu atšķirības kolagēna struktūrā. Ar ķīmisko elementu izotopu masspektrometrijas (stable isotope mass spectrometry) analīžu starpniecību iespējams noteikt arī indivīda uzturu (paleodiētu) un bioloģiskās attīstības fāzi, piemēram, vai indivīds joprojām ticis zīdīts. Indivīda vecumu primāri aprēķina pēc kaulu attīstības pakāpes un nolietojuma, kā arī zobu nodiluma pakāpes.

Zooarheoloģijas attīstību iedala trīs dažādos periodos. Pirmais – formējošais periods sākās 19. gs. (ap 60. gadiem), otrais – t. s. sistematizācijas periods sākās 20. gs. 50. gadu sākumā, bet trešais – t. s. integrācijas periods sākās 20. gs. 60. gadu beigās. Pilnas slodzes zooarheologi sāka paradīties tikai otrajā jeb sistematizācijas periodā, kad arvien vairāk arheologu sāka specializēties zooarheoloģijā. Zooarheologu skaita dinamisks pieaugums 20. gs. vidū sakrīt ar procesuālās arheoloģijas attīstību. Zīmīgi, ka mūsdienās joprojām novērojama tendence, ka par zooarheologiem galvenokārt kļūst pētnieki ar arheologu un zoologu, bet retāk citās eksaktajās jomās – antropoloģijā, etnogrāfijā, paleontoloģijā, veterinārmedicīnā, ekoloģijā, ģeoloģijā, ģenētikā, ķīmijā – iegūtu izglītību.

Latvijas zooarheoloģijas vēsture iesniedzas 20. gs., kad Latvijas arheoloģisko dzīvnieku kaulu materiālu sāka pētīt vairāki latviešu zoologi. Viens no nozares celmlaužiem, latviešu zinātnieks, kurš pētījis Latvijas paleozooloģisko materiālu, ir profesors Ludvigs Kundziņš, kurš noteica dzīvnieku sugas dzīvnieku kaulu materiālam Raunas pilskalna – Tanīskalna izrakumos (1927). Latvijas vēsturisko ihtiofaunu pētījis latviešu ihtiologs Jānis Sloka, kura analizētais zivju kaulu materiāls iegūts arheoloģisko izrakumu laikā dažādu hronoloģisko periodu (no mezolīta līdz viduslaikiem) dzīvesvietās. Visplašākais ihtioloģiskais materiāls iegūts akmens laikmeta dzīvesvietās Burtnieku un Lubāna ezera krastos, un vēlā dzelzs laikmeta dzīvesvietās Daugavas lejtecē. Zivju kaulu atradumu intensitāti galvenokārt veicināja meleorācijas darbi ezeru palienēs, kā arī Daugavas hidroelektrostacijas kaskāžu būvniecība, kad plašo zemes darbu laikā notika plaša arheoloģiskā izpēte būvdarbu potenciāli skartajās teritorijās. Putnu un zīdītāju kaulus, kas iegūti 20. gs. 2. puses un 21. gs. sākuma izrakumos dažādu periodu arheoloģiskajos pieminekļos, sistemātiski pētījuši latviešu zoologi Arnis Mugurēvičs no Latvijas Lauksaimniecības universitātes Veterinārmedicīnas fakultātes Preklīniskā institūta un Ilze Renga no Krievijas Zinātņu akadēmijas Paleontoloģijas institūta (Палеонтологический институт имени А. А. Борисяка Российской академии наук). No ārpus Latvijas speciālistiem, kuri padomju okupācijas gados veica Latvijas zooarheoloģiskā materiāla izpēti, atzīmējami krievu paleozoologi Valentīna Daņiļčenko (Валентина Павловна Данильченко) un Benjamins Calkins (Вениамин Иосифович Цалкин) un igauņu paleozoologs Kalju Pāvers (Kalju Paaver). Savukārt 21. gs. otrajā desmitgadē pētniecisko darbību uzsāka pirmā diplomētā latviešu zooarheoloģe Aija Macāne, kura arheologa un osteologa izglītību ieguvusi Lundas (Lunds universitet) un Gēteborgas Universitātē (Göteborgs universitet) Zviedrijā.

Līdzās jau 20. gs. gaitā tapušajām pētniecības metodēm, attīstoties dažādām mūsdienu eksaktajām pētniecības jomām, zooarheoloģijā arvien plašāk tiek izmantota rentgena un lāzerskenēšana, radioaktīvā oglekļa (¹⁴C) datēšana, stabilo ķīmisko izotopu, kā arī senā un mūsdienu DNS analīzes. Dzīvnieku DNS pētījumi sniedz liecības ne tikai par pētāmo dzīvnieku dzimumu, radniecību un mobilitāti, bet pētot slimību izraisītāju DNS, dod iespēju konstatēt dzīvnieku pārnēsāto slimību ierosinātāju mutāciju attīstību un izplatību. 

Eiropas vadošās universitātes, kur iespējams studēt zooarheoloģiju atrodas Lielbritānijā, piemēram, Šefīldas Universitāte (University of Sheffield), Jorkas Universitāte (University of York) un Ekseteras Universitāte (University of Exeter); Zviedrijā Gēteborgas Universitāte un Lundas Universitāte; Nīderlandē Groningenas Universitāte (Rijksuniversiteit Groningen) un Leidenes Universitāte (Universiteit Leiden); Vācijā Tībingenas Universitāte (Eberhard Karls Universität Tübingen); Polijā Varšavas Universitāte (Uniwersytet Warszawski); Lietuvā Viļņas Universitāte (Vilniaus universitetas), Igaunijā Tallinas Universitāte (Tallinna Ülikool) un Tartu Universitāte (Tartu Ülikool).

Nozīmīgākā organizācija, kas apvieno zooarheologus no visas pasaules, ir Starptautiskā arheozooloģijas padome (International Council for Archaeozoology, ICAZ), taču tās paspārnē aktīvi darbojas arī vairākas specifisku zinātnisko interešu darba grupas, piemēram, Dzīvnieku paleopatoloģiju darba grupa (Animal Palaeopathology Working Group, APWG), Zivju palieku darba grupa (Fish Remains Working Group, FRWG), Arheozooloģijas, ģenētikas un morfometrijas darba grupa (Archaeozoology, Genetics and Morphometrics Working Group, AGMWG) un citas.

Tā kā zooarheoloģija ir hibrīds, kas apvieno arheoloģijas un zooloģijas zinātnes, zooarheologi savus pētījumus publicē abu zinātnes jomu akadēmiskajos žurnālos, piemēram, Journal of Archaeological Science (izdevējs Elsevier, kopš 1974. gada), Journal of Archaeological Method and Theory (izdevējs Springer Science & Business Media, kopš 1978. gada), European Journal of Archaeology (izdevējs Cambridge University Press, kopš 1998. gada), International Journal of Osteoarchaeology (izdevējs John Wiley & Sons, kopš 1999. gada), Heritage (izdevējs Multidisciplinary Digital Publishing Institute, kopš 2019. gada) un citos, kā arī specializēto simpoziju un konferenču referātu tēzēs – tēžu grāmatās (book of abstracts).

Viens no modernās zooarheoloģijas pamatlicējiem ir amerikāņu zooloģijas doktors Pols Parmalī (Paul W. Parmalee), kurš 20. gs. 50. gados pētīja dzīvnieku atliekas Modokas senvietā, Ilinoisas pavalstī Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV). Lai palīdzētu identificēt dzīvnieku kaulus arī no citiem arheoloģiskajiem pieminekļiem, viņš izveidoja plašu dzīvnieku salīdzinošo kolekciju. P. Parmalī savāktā kolekcija nav zaudējusi savu nozīmi arī mūsdienās, un joprojām ir viena no plašākajām salīdzinošajām zīdītāju, putnu un mīkstmiešu kolekcijām ASV.

Baltijas valstīs salīdzinošā materiāla kolekcijas atrodas Tallinas, Tartu un Viļņas Universitātēs, Latvijā – Latvijas Lauksaimniecības universitātes Veterinārmedicīnas fakultātē un Latvijas Dabas muzejā. Praktizējošie zooarheologi Baltijas valstīs ir igauņu zinātnieces Lembi Leugasa (Lembi Lõugas), Eve Rannamē (Eve Rannamäe), Līna Maldre (Liina Maldre) un Freidisa Ērliha (Freydis Ehrlich), lietuviešu – Lins Daugnora (Linas Daugnora) un Giedre Piličiauskiene (Giedrė Piličiauskienė), latviešu – Aija Macāne un Eduards Plankājs.