英國的史密斯常被譽為地層學之父，他的貢獻可總結(jié)為下列四點。一是發(fā)現(xiàn)了老地層在下、新地層在上的地層序列（或稱地層層序律），二是確定了化石鑒定法則，三是確定了英國中生界的序列，四是完成了英格蘭和威爾士的地質(zhì)圖。他的著作于1817年出版后，其工作方法逐漸被英國地質(zhì)學者所理解。幾乎與史密期同時的是居維葉和布隆尼亞爾在巴黎盆地的工作。他們都已明確地認識到，不同時代的地層中有不同的化石。正是依據(jù)化石的這種性質(zhì)，他們開始編篡地球的歷史。這樣，基于標準地區(qū)的中生界和新生界的研究而形成了地層學。 建立古生界的序列卻走過了一段曲折的道路，因為古生界變形、變位較強，所含化石個體較小且與現(xiàn)代屬種有很大差異。以下古生界為例，麥奇森及其代表的英國地質(zhì)調(diào)查所派稱志留，采用的是史密斯的方法即地層用化石鑒定，而塞奇威克及其代表的劍橋大學派稱寒武，強調(diào)的是巖石自身的不同。自1835年開始，曾是師生、同事和合作者的塞奇威克和麥奇森站到了對立的立場上，開展了長達40余年的論戰(zhàn)。盡管沒有到動拳頭的地步，但說的話要多難聽有多難聽，全然沒有一點紳士風度。直至1879年，萊普沃斯增加了奧陶紀，明確了寒武紀早老留紀晚，這場爭論才告結(jié)束。
1872年，享特在北美的地質(zhì)報告中首次采用了古地理學這一術語。試圖以同時代地層的相變研究為基礎復原當時的海洋和陸地的位置。古地理學的產(chǎn)生使地層學又前進了一步；從原來對化石和地層的觀察記錄發(fā)展為對一個地質(zhì)時代的環(huán)境和生物生存狀態(tài)的綜合分析和認識。
19世紀是對地層進行編年和時代劃分、建立地層系統(tǒng)的年代，新興的分支學科的形成和發(fā)展使地層學內(nèi)容上更為豐富。葛利普的巨著地層學原理（1913）便是在這一背景下出現(xiàn)的。20世紀50年代后地層學的發(fā)展表現(xiàn)為兩個方面，一是沉積學等分支學科從地層學內(nèi)獨立出去，二是在地層學這一廣泛的領域內(nèi)形成了研究對象較為專一的分支學科，相應地，出現(xiàn)了多個地質(zhì)年表，豐富了地層多重劃分的內(nèi)容。后者的典型實例是在地震地層學基礎上發(fā)展起來的層序地層學。
地層學作為地質(zhì)學基石的重要意義，在于不可能割斷歷史來研究地質(zhì)學。近半個世紀的地質(zhì)進程中，盡管地層學受到過冷遇（據(jù)說普林斯頓大學在板塊學說提出后曾把化石標本都倒掉了），它的基石地位始終沒有動搖。在新千年里，它應以更新的學術思想和探測手段武裝自己，才能使新千年內(nèi)地質(zhì)學的發(fā)展有更堅實的基礎。
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