각 단위 지층 속에는 고유한 동물 화석군이 있어서, 오래된 지층과 나중에 형성된 지층 속의 화석을 비교해 보면 완전히 다르다는 것을 알 수 있다. 즉, 시대가 달라지면서 동물군의 변화가 일어났다는 것을 알 수 있는데, 아래에서 위로 갈수록 진화되어 간다. 이와 같이 하부 지층부터 순차적으로 화석 동물군이 변해간다는 것을 ‘동물군 천이’라고 한다. 동물군 천이에 입각하여 화석을 조사하면 지층의 생성 순서를 알 수 있다. 동물군 천이는 영국의 측량기사 윌리엄 스미스에 의해 널리 알려졌으며 이 지질현상은 근대 층서학의 바탕이 되었다.