Importante è anche il fatto che la sequenza evolutiva di organismi basata sui grandi resti fossili di piante nelle rocce sedimentarie è registrata anche dalla sequenza di microfossili vegetali. Tali microfossili sono quindi utili per determinare l’età geologica e sono particolarmente importanti nei sedimenti privi di grandi fossili. A causa della loro abbondanza e delle dimensioni minime, i microfossili possono essere estratti da piccoli campioni di roccia fissati nelle operazioni di perforazione. L’analisi palinologica è quindi di applicazione pratica all’esplorazione del petrolio e ad altre ricerche geologiche che coinvolgono sedimenti e strutture sotterranee. La palinologia è anche preziosa per la ricerca evolutiva e tassonomica e può aiutare a delineare le relazioni filogenetiche tra piante fossilizzate e esistenti.

Le fasi della palinologia che si occupano esclusivamente di fossili sono escrescenze ed estensioni di tecniche e principi sviluppati nello studio dei depositi di torba del nord Europa durante i primi anni del 1900. In tale ricerca è stata accertata statisticamente la presenza, l’assenza e la relativa abbondanza del polline di varie specie di alberi da profondità note nella palude. Poiché la composizione della foresta determina i tipi di polline intrappolati sulla superficie di una palude in un dato momento, ne consegue che i cambiamenti nel contenuto di polline riflettono i cambiamenti regionali nella composizione della foresta. È stato stabilito che le alterazioni nella composizione delle foreste sono state indotte dai cambiamenti climatici nel corso delle molte migliaia di anni da quando il ghiaccio glaciale è scomparso dal nord Europa. È stata così stabilita una relazione tra il contenuto di polline della torba, l’età (cioè la posizione nella palude) e il clima. L’applicazione di tali risultati si è rivelata preziosa negli studi successivi del clima antico, in particolare nelle fasi glaciali e interglaciali dell’epoca pleistocenica (circa 2,6 milioni a 11.700 anni fa).