生物地层学的基本原理是建立在地史时期生物界的发展演化规律，如演化的前进性、进化的不可逆性、生物发展的阶段性和生物迁移的瞬时性等。
1.生物演化的前进性
生物演化中最根本的规律之一是由低等到高等，由简单到复杂的进化。在进化过程中，生物的形态结构、生理机能渐趋合理和复杂，分类愈来愈高级。
2.生物进化的不可逆性
L.Dollo（1893）根据古生物的证据提出进化的不可逆定律，认为地史时期曾有过的生物，一旦灭绝，绝不可能再重新出现，如古生代的三叶虫、笔石，中生代的恐龙、菊石等；生物的某种器官一经退化，就会一直退化下去，再不会在其后代身上恢复其原状，若一旦退化消失，也决不会在其后代身上再现，如哺乳类的鲸虽生活于大海，却不会具有鱼类的呼吸器官（鳃）。如果生物获得某种性状并固定下来，就不断向前发展，直到经过自然选择被其他性状所代替。
3.生物演化的阶段性
生物发展演化过程中，渐变与突变交替出现而导致生物演化具有明显的阶段性。渐变论认为生物多以缓慢的速度发生渐变，在自然选择的压力下，经过变异遗传，“性状积累”，产生生殖隔离，形成新种。突变论认为突变是物种形成和绝灭的重要因素，常打断正常的演化过程，在短期内造成大范围的剧烈变动，引起大规模的生物灭绝和新门类爆炸式出现及辐射演化。显生宙以来生物界经历了多次危机，其中5次最为显著，即奥陶纪末期、泥盆纪晚期、二叠纪末期、三叠纪末期和白垩纪末期。每次宏观的生物危机之后，必定出现一次空前的生物进化，新门类形成之后，又进入长期的稳定的发展时期。这样，长期的、渐变的连续性与短期内突发的突变乃至灾变的阶段性相交替，便是地史时期生物界演化的基本途径。
4.生物扩散的瞬时性
生物在由低级向高级进化的漫长岁月里，在出现新种形成事件和灾变形成生物演化阶段性的同时，为了适应不同环境和扩大生态领域，生物不断辐射演化和迅速扩散以致占领各种空间。这种生物在大范围内乃至全球的扩散或传播，在地质上可视为是瞬时的，因而同种分布的地层，可视为是同期的。
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