L’étude des fossiles présents dans les roches sédimentaires montre que la biodiversité n’a cessé de changer au cours du temps. Les espèces apparaissent au cours de phénomènes de spéciation, se maintiennent pendant quelques millions d’années en moyenne puis soit disparaissent (phénomène d’extinction) soit donne naissance à une ou plusieurs nouvelles espèces.

Les crises de biodiversité sont des périodes courtes (env. 1 Ma) de l'histoire de la vie pendant lesquelles de nombreuses espèces disparaissent quasiment simultanément. Par exemple, la crise Crétacé/Paléocène s’est produite autour de -66 Ma et a vu la disparition de très nombreux groupes de plantes, d’animaux marins et terrestres dont les fameux dinosaures non-aviens. 

Ces crises sont causées par une dégradation brutale des conditions environnementales (changement climatique suite à une activité volcanique intense, chute d'une grosse météorite, …). 

Elles sont suivies d’une diversification très rapides de certains groupes ayant survécus ; on parle de radiation évolutive. Par exemple, la crise K/T a été suivie de la diversification très rapide des Mammifères et des plantes à fleurs.