化石厅以生物进化的时间顺序为线索，展示生物由简单到复杂的、由低级到高级、由水生到陆生进化历程。
在人类历史之前，地球上已经存在一个丰富多彩的生命世界，现在我们虽然无法看到，但我们可以通过阅读她留下的特殊文字——化石，来了解这个神秘的史前世界。
化石是指由于自然界作用保存在地层中的史前生物的遗体、遗迹，是史前生物留给我们的特殊文字，是我们了解史前世界最好的依据，也是人类打开古生物大门的一把钥匙。
从内容上，整个展厅分为两大部分。第一部分是序厅，主要介绍化石的相关知识。包含化石的形成过程模型，生物进化沙盘，以及动物的头骨化石标本。第二部分介绍了各地质年代生命演化情况，按时间顺序展示了代表性的化石标本。
距今5.4亿年前，地球上突然出现了众多的动物类群，我们称之为“寒武纪生命大爆发”。
奥陶纪、志留纪时期，海生无脊椎动物空前发展。
泥盆纪时期，鱼类相当繁盛，常被称为“鱼类时代”。
三叠纪时期的地层呈明显的三分线，生物类型主要有我国著名的鱼龙、贵州龙、海百合等。
侏罗纪时期，恐龙繁盛，统治地球1亿6000万年。
第四纪始于180万年前，一直延续到现在，最重大的生物事件是人类的出现和进化，所以第四纪也被称为“灵生纪”。
生物进化沙盘
山东龙骨架
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