Mugurkaulnieku paleontoloģijas priekšmets ir ģeoloģiskās pagātnes organiskās pasaules relatīvi neliela, bet ļoti nozīmīga daļa – senatnē eksistējošie dzīvnieki, kam ir horda vai mugurkaula skriemeļi, jeb hordaiņu tipa (Chordata) mugurkaulnieku apakštipa (Vertebrata) pārstāvji. Šos dzīvniekus iespējams izpētīt pēc to fosilajām atliekām un darbības pēdām, kas rodas, dzīvniekiem pārvietojoties, rokot alas, graužot un košļājot citu dzīvnieku kaulus u. c.; retāk zināšanas iegūst, pētot to vielmaiņas galaproduktus – koprolītus. Mugurkaulnieku paleontoloģijas uzdevums ir pēc fosilijām noskaidrot seno dzīvnieku izskatu, uzvedību, dzīves veidu un eksistences apstākļus, kā arī noskaidrot izmirušo un mūsdienu mugurkaulnieku, ieskaitot cilvēku, radniecīgās saites. Dažkārt mugurkaulnieku paleontoloģiju dēvē arī par mugurkaulnieku paleozooloģiju.

Mugurkaulnieku paleontoloģijas sasniegumus praktiskām vajadzībām izmanto galvenokārt ģeoloģijā, piemēram, lai pēc dažu zivju atliekām noteiktu nogulumiežu vecumu vai arī pēc dažādu dzīvnieku fosilijām precizētu nogulu uzkrāšanās apstākļus. Šī apakšnozare ir viena no pirmajām zinātnēm, kam, izzinot pasauli, savu uzmanību pievērš bērns, un aizraušanās ar seno dzīvnieku izzināšanu bieži vien noved līdz padziļinātām studijām jomās, kas ir cieši saistītas ar sabiedrībai nozīmīgiem dabas pētījumiem bioloģijā, ģeoloģijā, ekoloģijā, arī fizikā vai inženierzinātnēs. Pateicoties tam, ka mugurkaulnieku organisms un skelets ir ļoti sarežģīts un tā uzbūve labi atspoguļo tos pagātnes dabas apstākļus, kādiem organisms bijis pielāgots, mugurkaulnieku paleontoloģijas datu izmantošana palīdz labāk izprast biosfēras un visas planētas pēdējā pusmiljarda gadu ģeoloģisko vēsturi, kā arī dzīvības makroevolūcijas aspektus.

Mugurkaulnieku paleontoloģija ir viena plašākajām paleontoloģijas apakšnozarēm. Galvenie sastāvelementi atbilst šo dzīvnieku tradicionālās sistēmas vienībām, tās ir mugurkaulnieku paleontoloģijas apakšnozares, kas pēta: paleoihtioloģija (paleoichthyology) – senās zivis (ieskaitot bezžokļeņus); paleoherpetoloģija (paleoherpetology) – abiniekus un rāpuļus (Krievijā no tās nodala paleoornitoloģiju, kas pēta senos putnus); paleoterioloģija (paleotheriology) – senos zīdītājus. Paleoantropoloģija (paleoanthropology), kas pēta mūsdienu cilvēku senčus, hominīdu dzimtas pārstāvjus, ir mugurkaulnieku paleontoloģijas un antropoloģijas kombinācija un patstāvīga apakšnozare. Mugurkaulnieku sīkās atliekas pēta mikropaleontoloģija (micropaleontology), bet seno dzīvnieku pēdas kā uzvedības liecības – ihnoloģija (ichnology). Mugurkaulnieku paleontoloģijas datiem ir liela nozīme biomineralizācijā, paleobioģeogrāfijā, paleoekoloģijā, paleofaunistikā un tafonomijā.

Mugurkaulnieku fosiliju atradumi dažāda vecuma iežos neapšaubāmi apstiprina svarīgāko mugurkaulnieku paleontoloģijas hipotēzi, saskaņā ar kuru visi mugurkaulnieki ir savstarpēji radniecīgi, jo tie attīstījušies evolūcijas ceļā no primitīviem dzīvniekiem ar notohordu (īsu elastīgu stiegru no skrimslim līdzīgiem audiem, kas veido dzīvnieka ķermeņa priekšējās daļas iekšējo balstu) pirms apmēram 500 miljoniem gadu kembrija beigās, līdz sasniedza lielu daudzveidību mūsdienās. Šo hipotēzi apstiprina tik daudzi neatkarīgi novērojumi, ka to varētu dēvēt par mugurkaulnieku evolūcijas teoriju. Saskaņā ar to pirmie mugurkaulnieki dzīvoja ūdenī un tiem bija raksturīgs filtrētāju vai detrītēdāju mazkustīgais dzīves veids, bet evolūcijas gaitā tie varēja arvien labāk pārvietoties blīvajā ūdens vidē, attīstot gan iekšējo balstu – hordu, vēlāk mugurkaulu, gan kustības orgānus – spuras. Ordovikā, pirms gandrīz 470 miljoniem gadu, radās pirmie zivjveidīgie organismi ar ārējām kaula bruņām. Pirms apmēram 440 miljoniem gadu, silūrā, radās pirmās zivis, kas paplašināja barības ieguves veidus, ieskaitot plēsonību un barošanos ar planktona organismiem. Devonā (sākās pirms 419,2 ± 3,2 miljoniem gadu) turpinājās pielāgošanās labākai peldēšanai, kā arī dažu sugu zivis sasniedza ļoti lielus izmērus. Dažas zivis jau agrā devona beigās apguva spējas izmantot ne tikai ūdenī izšķīdušo skābekli, bet arī atmosfērā esošo gāzi, tādējādi sāka izmantot gāzu apmaiņai ne tikai žaunas, bet arī plaušu aizmetņus. Devona vidū un beigās dažas daivspurzivju grupas sāka apgūt pārejas zonu starp jūru un sauszemi, pielāgojoties dzīvei ļoti seklā ūdenī. Vienai no šādām grupām šie mēģinājumi sekmējās un radās pirmie četrkājainie mugurkaulnieki – sākotnēji tie bija ūdens dzīvnieki, kuriem pāra spuru vietā radās kājas ar pirkstiem. Karbonā (sākās pirms apmēram 359 miljoniem gadu) primitīvie četrkājainie radījumi tā arī turpināja dzīvot ūdenī, un no tiem vēlāk radās mūsdienu abinieku – varžu, krupju, tritonu un citu – senči. Savukārt daži citi četrkājaiņi spēja pielāgoties dzīvei sauszemē: vairojoties tie nevis turpināja nērst ikrus, bet pārgāja no ārējās apaugļošanas uz iekšējo un sāka dēt ar apvalkiem aizsargātas olas – tādējādi jau karbona beigās radās rāpuļi, kas spēja veiksmīgi apgūt sauszemi. Abinieku āda ir kaila, mitra un bagāta ar dziedzeriem; abinieku nieres izdala daudz ūdens, izvadot arī toksisko urīnvielu. Dzīve sauszemē nosaka vajadzību pēc ūdens taupīšanas: vai nu organisms ir jāizolē no apkārtējās vides ar sausu ādu bez dziedzeriem un jāizvada maz toksiskās urīnskābes, vai arī jāizvada koncentrēta urīnviela, saglabājot kailo ādu un daudz dziedzeru. Turpmākās evolūcijas gaitā pirmie rāpuļi agri sadalījās divās grupās: sinapsīdu (synapsida) un zauropsīdu (sauropsida). Sinapsīdu grupas pārstāvji attīstīja spējas regulēt ķermeņa temperatūru (radās pelikozauri un vēlāk zvērrāpuļi), un ar laiku (pirms apmēram 227 miljoniem gadu, triasā) no tiem radās zīdītāji, kam ir kaila āda ar dažādiem dziedzeriem: matu, sviedru, tauku (piena). Zauropsīdu grupas pārstāvji sākotnēji bija vairāk atkarīgi no apkārtējās vides temperatūras, jo sausa, ar zvīņām klātā āda ir ļoti jutīga pret temperatūras svārstībām. Turklāt urīnvielas pārveidei par urīnskābi vajag daudz enerģijas. Tomēr tieši šīs grupas pārstāvjiem izdevās vieglāk pārciest perma (pirms 299 līdz 252 miljoniem gadu) perioda beigās pārāk karstos klimata apstākļus. Šī ir ļoti plaša grupa, kuras ietvaros triasā radušās mūsdienu rāpuļiem radniecīgas grupas, tādas kā ķirzakas un čūskas, bruņurupuči, krokodili un pirmie dinozauri. Jurā (pirms apmēram 150 miljoniem gadu) no vienas dinozauru grupas – celurozauriem – izcēlās putni. Savukārt zīdītāju evolūcijas gaitā no oldējējiem zīdītājiem attīstījās somaiņi un augstākie zīdītāji, kuriem raksturīga placenta embrija savienojumam ar mātes organismu. Vienā no primitīvo augstāko zīdītāju grupām, pie kuras pieder primāti, notika pielāgošanās daudzveidīgas barības iegūšanai kokos un attīstījās komplicētas kustības, kas sekmēja redzes, dzirdes un vestibulārā aparāta, kā arī smadzeņu attīstību. Šīs attīstības tendences sekmēja cilvēku dzimtas evolūciju un saprātīgā cilvēka rašanos ģeoloģiski nesenā pagātnē pirms apmēram 190 000 gadiem.

Mugurkaulnieku atliekas atrod visā pasaulē un bieži vien negaidīti; mugurkaulnieku fosilijas parasti sastāv no ļoti daudziem atsevišķiem elementiem, tāpēc to ievākšanā liela nozīme ir profesionalitātei. Parasti pārakmeņojumu paraugu turpmākie pētījumi iespējami tikai pēc to mehāniskās vai ķīmiskās preparēšanas. Mehānisko preparēšanu veic zem mikroskopa, graudu pēc grauda atdalot iezi no kauliem. Gadījumos, kad iezis ir mehāniski izturīgāks par kaulu, izmanto t. s. negatīvo preparēšanu: iezi pilnībā attīra no fosilijas un nospiedumu izmanto atlējumam. Mehāniskai preparēšanai galvenokārt izmanto tērauda, retāk cietās koksnes adatas, urbjmašīnas, smilšu strūklas mehānismus vai ar saspiesto gaisu darbināmus pneimatiskos darbarīkus. Ķīmisko preparēšanu un ekstrakcijas metodes lieto, ja ietverošais iezis satur karbonātus vai sastāv no tiem: mugurkaulnieku fosilijas sastāv no fosfāta, tāpēc kaulu atdalīšanai un attīrīšanai parasti izmanto etiķskābes vai skudrskābes šķīdumu. Fosiliju pētījumos izmanto vairākus speciālos paņēmienus: rentgenstaru izmantošanu attēlu iegūšanai, katodluminiscenci, pieslīpņu un plānslīpējumu pagatavošanu atlieku histoloģiskiem pētījumiem. 21. gs. sākumā strauji pieauga datortomogrāfijas izmantošana mugurkaulnieku fosiliju morfoloģiskiem pētījumiem. 

Par vienu no mugurkaulnieku paleontoloģijas pamatlicējiem uzskata franču dabaszinātnieku Žoržu Kivjē (Georges Cuvier). Ž. Kivjē viens no pirmajiem atzina, ka mugurkaulnieku atradumi dažāda vecuma iežos pierāda šo dzīvnieku formu progresiju jeb likumsakarīgu nomaiņu no primitīvākajām līdz attīstītākajām formām. Viņš atklāja, ka senākajos iežos ir izplatītas no mūsdienu dzīvniekiem krasi atšķirīgas sugas. Ž. Kivjē darbā “Četrkājaino fosilo kaulu pētījumi” (Recherches sur les ossemens fossiles de quadrupèdes, 1812) raksturoja daudzu izmirušo mugurkaulnieku, galvenokārt zīdītāju, atliekas un apgalvoja, ka organismi mēdz pilnībā izmirt. Ž. Kivjē darbi lika paleoterioloģijas pamatus un kopumā veicināja paleontoloģijas izveidi ciešā saistībā ar ģeoloģiju. Mugurkaulnieku paleontoloģijas kā atsevišķas apakšnozares izveidi bieži vien saista arī ar šveiciešu dabaszinātnieka Luija Agasī (Jean Louis Rodolphe Agassiz) darbību. Vairāku sējumu monogrāfijā ”Fosilo zivju pētījumi” (Recherches sur les poissons fossils, 1833–1843) L. Agasī ir izpētījis, aprakstījis un kataloģizējis vairākus simtus seno zivju sugu, galvenokārt no Eiropas, tajā skaitā arī no Baltijas teritorijas. Šī monogrāfija ir aizsākusi seno, izmirušo mugurkaulnieku nopietnas, sistemātiskas studijas, kurām drīz pievienojās arī citi pētnieki: vācbaltiešu paleontologi Kristians fon Panders (Christian Heinrich von Pander) un Eduards fon Eihvalds (Johann Carl Eduard von Eichwald), skotu ģeologs Hjū Millers (Hugh Miller), angļu biologs Ričards Ouens (Richard Owen) un citi. Angļu dabas pētnieka Čārlza Darvina (Charles Robert Darwin) darbs ”Sugu izcelšanās” (On the Origin of species, 1859) kļuva par mugurkaulnieku paleontoloģijas teorētisko pamatu, un turpmākie darbi galvenokārt bija veltīti izmirušo un mūsdienu mugurkaulnieku radniecības noskaidrošanai, fosilo formu daudzveidības un mugurkaulnieku kopīgās ģeoloģiskās vēstures noskaidrošanai. 20. gs. amerikāņu paleontologs Alfrēds Romers (Alfred Sherwood Romer) sarakstīja mācību grāmatu “Mugurkaulnieku paleontoloģija” (Vertebrate Paleontology, 1933), kas kļuva par klasisku un visaptverošu apakšnozarei veltītu apkopojumu. A. Romers piedāvāja zivju, abinieku un rāpuļu evolūcijas gaitas aprakstu, balstoties uz salīdzināmās anatomijas pieeju, kā arī iekļāva grāmatā visu 20. gs. vidū zināmo izmirušo mugurkaulnieku ģinšu sarakstu. Amerikāņu paleontologs Roberts Kerols (Robert Lynn Carroll) sarakstīja grāmatu “Mugurkaulnieku paleontoloģija un evolūcija” (Vertebrate Paleontology and Evolution, 1988), kas balstīta A. Romera pieejā, bet satur daudz jaunāku informāciju.

21. gs. pētījumi mugurkaulnieku paleontoloģijā strauji attīstās, pateicoties pieaugošai sabiedrības interesei, jaunu pētījumu metožu ieviešanai (datortomogrāfija) un paleontoloģiski līdz šim vāji pētīto teritoriju apgūšanai, piemēram, Arktiskajā Kanādā un Grenlandē, Sibīrijā, Āfrikā, Antarktīdā, kā arī jauniem atlieku atradumiem Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV), Austrālijā, Ķīnā un citur. Ir izdotas vairākas nozīmīgas grāmatas, kas veltītas atsevišķām mugurkaulnieku grupām un kuras būtiski papildina A. Romera un R. Kerola apkopojumus mugurkaulnieku paleontoloģijā.

Visā pasaulē zinātniskos pētījumus mugurkaulnieku paleontoloģijā veic galvenokārt augstskolās, muzejos un to laboratorijās, kā arī dažu valstu zinātņu akadēmiju vai specializētos institūtos. Ķīnas zinātņu akadēmijas Mugurkaulnieku paleontoloģijas un paleoantropoloģijas institūts (The Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP), Chinese Academy of Sciences) Pekinā ir viens no nedaudziem specializētiem centriem pasaulē seno mugurkaulnieku un cilvēku senču pētījumu jomā. Krievijā mugurkaulnieku pētījumi tiek veikti Krievijas Zinātņu akadēmijas Paleontoloģijas institūtā (Палеонтологический институт имени А. А. Борисяка Российской академии наук), kuru 1930. gadā nodibināja krievu paleontologs, akadēmiķis Aleksejs Borisjaks (Алексей Алексеевич Борися́к), kā arī Sanktpēterburgas Valsts Universitātē (Санкт-Петербургский государственный университет), Maskavas Valsts Universitātē (Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова) un citās universitātēs. Lielākās apzinātās mugurkaulnieku atlieku kolekcijas glabājas Londonā, Dabas vēstures muzejā (Natural History Museum, > 1 200 000 paraugu), Berlīnes Dabas vēstures muzejā (Museum für Naturkunde Berlin, ~ 1 200 000 paraugu), Francijas Nacionālajā Dabas vēstures muzejā Parīzē (Muséum national d'histoire naturelle, ~ 450 000 paraugu), Ņujorkā, Amerikas Dabas vēstures muzejā (American Museum of Natural History – ap 400 000 paraugu), Kalifornijas Universitātes Paleontoloģijas muzejā (University of California, Museum of Paleontology, ~ 190 000 paraugu), Beļģijas Karaliskajā Dabaszinātņu Institūtā Briselē (Institut royal des Sciences naturelles de Belgique), Krievijas Zinātņu akadēmijas Paleontoloģijas muzejā (Палеонтологический музей имени Ю. А. Орлова Российской академии наук), Losandželosas apgabala Dabas vēstures muzejā (Natural History Museum, Los Angeles county, > 150 000 paraugi), Kārnegī Dabas vēstures muzejā Pitsburgā (Carnegie Museum of Natural History, 103 000 paraugu), turklāt plašas kolekcijas pastāv arī Austrālijā, Indijā, Kanādā, Ķīnā, Mongolijā, Argentīnā, Brazīlijā un Dienvidāfrikā. Latvijā pētījumi mugurkaulnieku paleontoloģijas jomā notiek Latvijas Universitātē un Latvijas Dabas muzejā.

Neues Jahrbuch für Geologie und Paläontologie (kopš 1807, izdevējs Schweizerbart Science Publishers, Vācija); Palaeontographica (kopš 1846, izdevējs Schweizerbart Science Publishers, Vācija); Annales de Paléontologie (kopš 1905, izdevējs Elsevier, Francija); Paläontologische Zeitschrift (kopš 1914, izdevējs Springer, Vācija); Journal of Paleontology (kopš 1927, izdevējs Cambridge University Press, ASV); Acta Palaeontologica Polonica (kopš 1956, izdevējs Paleobioloģijas institūts, Instytut Paleobiologii, PAN, Polija,); Palaeontology (kopš 1957, izdevējs Paleontoloģijas asociācija, The Palaeontological Association, Lielbritānija); Палеонтологический журнал (kopš 1959, izdevējs Наука, Krievija; tulkojumā tiek izdots AVS kā Paleontological Journal); Geobios (starptautisks žurnāls, kopš 1968, izdevējs Elsevier); Alcheringa: An Australasian Journal of Palaeontology (kopš 1975, izdevējs Austrālijas paleontologu asociācija, Association of Australasian Palaeontologists, AAP, Austrālija); Journal of Vertebrate Paleontology (kopš 1980, izdevēji Mugurkaulnieku paleontoloģijas biedrība, Society of Vertebrate Paleontology, SVP, un Taylor & Francis Group, ASV).

Mugurkaulnieku paleontoloģijas speciālisti snieguši lielu ieguldījumu arī paleontoloģijas izveidē un pagātnes organismu izzināšanā kopumā: šveiciešu un amerikāņu dabaszinātnieks, paleontologs, biologs un ģeologs L. Agasī; argentīniešu dabaszinātnieks, viens no Dienvidamerikas paleontoloģijas pamatlicējiem Florentino Amegino (Florentino Ameghino); vācu dabaszinātnieks, viens no paleoantropoloģijas pamatlicējiem, Neandertāles cilvēka atklājējs Johans Karls Fūlrots (Johann Carl Fuhlrott); viens no nozīmīgākajiem ASV paleontologiem, kas deva nosaukumus vairāk nekā tūkstotim sugu, Edvards Drinkers Koups (Edward Drinker Cope); franču zinātnieks, viens no mugurkaulnieku paleontoloģijas pamatlicējiem un pirmais paleoteriologs Ž. Kivjē; franču un beļģu zinātnieks, dinozauru pētnieks Luijs Dollo (Louis Antoine Marie Joseph Dollo); Lielbritānijas salīdzinošās anatomijas aizsācējs un dinozauru atklājējs R. Ouens; rīdzinieks, embrioloģijas, Krievijas paleontoloģijas pamatlicējs, Baltijas silūra un devona zivju pētnieks K. Panders.

19. gs. beigās un 20. gs. pirmajā pusē nozīmīgus pētījumus veikuši – ASV paleontologs un Amerikas Dabas vēstures muzeja direktors, četru Mongolijas ekspedīciju vadītājs Rojs Čepmens Endrūss (Roy Chapman Andrews); krievu paleontologs, Paleontoloģijas institūta dibinātājs un pirmais direktors A. Borisjaks; amerikāņu zinātnieks, dinozauru pētnieks Barnums Brauns (Barnum Brown); krievu un poļu paleozooloģe, Turkestānas terciāra zīdītāju un Polijas devona zivju pētniece Zinaīda Kuļčicka-Gorizdro (Zinaida Kulczycka-Gorizdro); vācbaltiešu izcelsmes paleozoologs, viens no izcilākajiem 20. gs. paleoihtiologiem Valters Roberts Gross (Walter Robert Gross); Krievijas (Padomju Sociālistisko Republiku Savienības) paleoihtiologu skolas veidotājs Dmitrijs Obručevs (Дмитрий Владимирович Обручев); vācu mugurkaulnieku paleontologs Frīdrihs fon Hīne (Friedrich von Huene).

Kopš 20. gs. vidus nozīmīgus atklājumus veikuši – skotu zinātnieks, mugurkaulnieku paleontologs Maikls Bentons (Michael James Benton); mongoļu ģeologs un paleontologs, dinozauru pētnieks Rinčens Barsbolds (Rinchen Barsbold); amerikāņu zinātnieks, paleozoja un mezozoja mugurkaulnieku paleontologs R. Kerols; angļu paleontoloģe, primitīvo četrkājaino pētniece Dženifera Klaka (Jennifer Alice Clack); viens no pazīstamākajiem amerikāņu dinozauru pētniekiem Džeks Horners (John R. Jack Horner); Kenijas paleoantropologu dinastijas pārstāvji Luiss Līkijs (Louis Seymour Bazett Leakey), Mērija Līkija (Mary Leakey), Ričards Līkijs (Richard Erskine Frere Leakey) un Mīve Līkija (Meave Leakey); amerikāņu paleontologs, viens no pazīstamākajiem dinozauru pētniekiem Pols Sereno (Paul Callistus Sereno); krievu biologs un paleontologs Leonīds Tatarinovs (Леонид Петрович Татаринов), kas no salīdzinošās anatomijas viedokļa pētījis zvērrāpuļus un sanākos zīdītājus; krievu paleoherpetologs Mihails Šiškins (Михаил Александрович Шишкин); ķīniešu zinātnieks, dinozauru pētnieks Dongs Žaimings (Dong Zhiming).