到了20世紀60年代，由于海洋地質和海底地球物理研究的進展，出現了海底擴張、地殼消減的概念，最后導致法國科學家勒皮雄、美國科學家摩根和英國科學家麥肯齊在60年代晚期共同提出了板塊構造學說。這一學說發展之今不僅使大陸漂移幾乎成為不爭的事實，而且為引發其漂移的板塊構造運動的驅動力問題提出了一系列的解釋。許多地球科學中的疑難問題“迎刃而解”，同時，各個學科又不斷地對它給予證實和補充，其中古生物學也不例外。
二齒獸類中的水龍獸是最著名的作為大陸漂移理論證據之一的古生物化石。水龍獸是一種體長1米左右的似哺乳爬行動物（意思是與哺乳動物類似的爬行動物），其化石發現于南極洲、南非、印度和中國。 這種相同的古生物化石發現于不同大陸的情況曾經極大地激發了當時那些支持大陸漂移理論的科學家們的熱情。從20世紀50年代開始，新的化石證據紛紛被發現，有關報道紛至沓來。
南非和南美洲的東部都發現有一種叫做中龍的水生爬行動物，當時科學家認為這種小型的爬行動物是生活在淡水水域里的，不可能游過廣闊的海洋在南非和南美洲之間遷徙或散布，因此認定它是大陸漂移的有力證據。 科學家認為，距今2億3千萬年到1億9千5百萬年前的三疊紀是大陸飄移的一個重要時期，因此他們下了很大的工夫追蹤這一時期的古生物化石。從20世紀50年代開始到70年代，除了陸陸續續地在南極洲、南非、印度和中國的新疆等地區發現三疊紀早期的水龍獸化石之外，還在位于北美洲的美國亞利桑納州三疊紀晚期的黃昏鱷、原鱷與位于南美洲的阿根廷的假黃昏鱷、半原鱷之間找到了許多相似之處。此外，科學家還在美國、蘇格蘭、德國、印度和阿根廷都發現了三疊紀晚期的一類爬行動物--鍬鱗龍科動物的化石。
在我國找到的證據還不僅僅是水龍獸。位于廣東省的南雄盆地發現的東方貧齒獸就極大地動搖了過去古生物學家認為"就象有袋類是現代澳大利亞的象征一樣，貧齒獸是古南美洲大陸的象征"這一結論。據此一些科學家認為，我國的廣東南雄盆地曾經是南美洲大陸的一部分，后來才不遠萬里地漂移到我國南方并與這里的古大陸拼接在了一起。其它證據還包括，曾經在南極洲的橫斷山區泥盆紀早期地層中發現的一種原始魚類--溝鱗魚，不僅常常在我國華南地區的同期地層中出現，而且還發現于遠在北方的甘肅省靖遠一帶。
化石植物中，原始的裸子植物舌羊齒是支持大陸漂移的一個“舉世聞名”的分子。這種植物曾經廣泛地分布在澳大利亞、南美洲南部、馬爾維納斯群島、南極洲、非洲中南部和印度這些在現代彼此已經分隔很遠的地區中。作為裸子植物，舌羊齒的種子不可能迅速地隨風或隨海流散布；在其生活的二疊紀時期（距今2億8千萬年至2億3千萬年前），鳥類還沒有進化出來，因此也不可能成為這類植物的種子漂洋過海進行遠途散布的攜帶者。 在無脊椎動物方面，一些科學家分析后發現，在巴西沿海盆地生存過的白堊紀早期的淡水介形類當中，有20個種與在非洲加蓬沿海盆地中同一時期的20個種完全一樣。在南極洲俄亥俄山脈的二疊紀地層中，也發現了曾經分布在澳大利亞、南美洲和非洲的著名“孛氏葉肢介”以及一種大翼昆蟲的化石。南極洲的橫斷山脈寒武紀地層中還發現了與我國同時期完全相同的11個屬的三葉蟲。這些發現都成為大陸漂移的佐證。 當然，大陸漂移學說和板塊理論也不是完美無缺的，在古生物領域也有一些科學家利用其他的一些證據對其表示了懷疑甚至批駁。這正是科學發展的正常過程。
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