علم الحفريات الجزيئي يشير إلى استعادة وتحليل الحمض النووي والبروتينات والكربوهيدرات أو الدهون ومنتجاتها الديوجينية من بقايا الإنسان والحيوان والنبات القديمة. وقد أثمر مجال علم الحفريات الجزيئية رؤى هامة في الأحداث التطورية، وشتات الأنواع، واكتشاف وتوصيف الأنواع المنقرضة. من خلال تطبيق التقنيات التحليلية الجزيئية على الحمض النووي في الحفريات، يمكن للمرء أن يحدد مستوى الصلة بين أي كائنين تم استرداد الحمض النووي من هما.
وقد سمحت التطورات في مجال علم الحفريات الجزيئية للعلماء بمتابعة أسئلة تطورية على المستوى الوراثي بدلاً من الاعتماد على الاختلاف البذيبي وحده. باستخدام تقنيات التكنولوجيا الحيوية المختلفة مثل عزل الحمض النووي، والتضخيم، وتسلسل العلماء تمكنت من الحصول على رؤى جديدة موسعة في الاختلاف والتاريخ التطوري لعدد لا يحصى من الكائنات الحية.