地层由地壳中层层叠叠的岩石所构成，是记载地球演变发展的书卷。地层中的岩石、化石和各种沉积构造是这部史卷中的密码，地质学家的任务就是解读这些密码。
早在地质学建立之初，地质学家们就对地层产生了两点至关重要的认识，其一，不同性质的地层代表了不同的地质时代；其二，不同地区的地层可以进行对比。这两点认识是地层学的基础，它们也很容易理解。从不同的地层中可以找到不同的、代表不同地质时代的生物化石。
比如，三叶虫化石产自古生代的地层中，而恐龙的化石则产在中生代的地层中，绝不可能在同一套地层中同时找到这两种化石。但是，我们可以从不同的地区找到相同的化石，比如，我们可以在南京和昆明这两个相隔两千多公里的地方找到相同的三叶虫化石，由此我们就可以判断这两套地层代表的是相同的地质年代。
地层的年龄值是利用放射性元素而测定的。
一些具有放射性的化学元素具有非常稳定的半衰期，通过精确测量衰变元素与放射性元素的比值，再利用已知的半衰期，就可以测算出岩石的年龄。有了岩石地层的年龄，从这些地层中挖掘出的古生物年龄也就确定了。然而，放射性同位素测年方法往往需要火山灰或火山岩样品，并不是所有的地层中都能找到含有火山岩的样品，因此，有些地质年代的确定不得不利用数学上的差值法来计算。
而对于地层古生物学领域的科学家来说，更为常用的是地层的相对年龄，即，根据地层的性质和其中所含有的化石情况，开展区域性的地层研究，识别不同区域中地层的相关性。这就是地层学研究中最常见的地层对比。
在地层学研究领域，有一个最常用的表格：国际年代地层表。国际地层委员会定期更新这个表格，把地层学研究的最新进展融入到这个表格中。国际地层委员会是一个非常传统的选举性科学机构，主要职能就是为全球年代地层和地质年代确立全球性标准，比如地质年代的名称，年龄值，地层识别特征、可供对比的化石，以及“金钉子”等等。有了这些全球统一的标准，世界各国的地质学家们就有了通用的语言，可以协同合作，共同解读地球的历史。
地层学研究对于石油和天然气资源的开发至关重要。石油和天然气蕴藏在地层中，为了寻找和开采这些资源，就要在地表或海洋中进行钻井。对钻井所获得的岩芯首先要开展地层对比研究，地层是在三维空间展布的，识别岩芯中的地层学信息才能了解地表或海洋以下地层的延展规律，分析油气矿藏的具体位置和运移模式，为石油和天然气资源的开发利用服务。
地层是记录地球历史的史卷，在地球漫长的生命历史中，无数生命形式起源，分化，灭绝，复苏。无数远古生命变成了化石，凝结在地层之中。层层叠叠的岩石是不可以逆转的地质时代之箭，就在我们劈开岩石的那一刻，远古生命穿越了漫长的地质时代，安静地与我们相遇。化石不会说话，但却给我们讲述了生命历史中的无数精彩故事。生命演变历史，不同地层中产有不同的化石，这些化石为我们讲述了生命演化历程中的各种故事。