中国科学院脊椎动物进化系统学重点实验室于2008年成立。实验室以脊椎动物为研究对象，涵盖现生生物及化石，着重研究脊椎动物的系统发育关系，其物种多样性的形成和发展，以及其重要类群的起源、演化、灭绝与复苏的生物学机制与环境制约因素。实验室的主要研究方向包括：
　　(1)脊椎动物比较解剖学与系统分类学(Anatomy and Taxonomy of Vertebrates)

     以脊椎动物化石为主要研究对象，开展脊椎动物各主要类群（无颌类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类）的系统分类学与比较解剖学研究，为“生命之树（Tree of Life）”全球科学研究计划积累资料，并重点探索分类学原理，提升中国分类学研究的理论水平。

　　(2)功能形态学(Functional Morphology)

     在脊椎动物比较解剖学的基础上，利用数理统计学、模拟实验以及工程力学分析等方法，结合断层扫描、三维复原等手段获取的信息，深化对脊椎动物各部分骨骼功能的系统了解。并在此基础上，进一步探索脊椎动物演化过程中，重要器官的功能演变过程（如翼龙和鸟类的飞翼和肩带的形成、灵长类的手的演化和直立人的腰带的演化等）。对四足动物头骨和肢骨的分析，可为研究动物的行走、摄食和栖息环境等提供重要信息。脊椎动物功能形态学的分析和研究对于探索各重要脊椎动物类群的起源，以及恢复古脊椎动物群的生态系统均具有重要的意义。

　　(3)古生物地理、古生态与古环境(Palaeobiogeography, Palaeoecology and Palaeoenvironment)

     生物的演化与环境变化密切相关。利用沉积学、地球化学、地球物理学等手段综合建立生物演变的精确时间序列和各种环境因素的变化序列；分析生物演化与环境变迁的耦合关系；求证生物系统起源与演化的环境制约机制。通过脊椎动物主要类群与地球环境背景之间的密切联系，为不同地史时期的全球重建以及探讨特定时期的重要地质事件（如剧烈的海平面变化、板块分裂和碰撞等）提供重要资料，并对这些地质事件和气候变化之间的关系提出佐证。

　　(4)脊椎动物宏演化机制(Mechanisms of Vertebrate Macro-evolution)

     立足我国得天独厚的脊椎动物化石材料，并加强与分子生物学、发育生物学等学科的交叉与互动，研究脊椎动物关键特征的演化格局与机理，探索重要脊椎动物门类的起源模式，修改或完善国际演化生物学界有关这些门类起源与早期演化的现有假说，并争取有重要的理论建树，做出国际领先的基础研究成果。

　　(5)体质人类学（Physical Anthropology）

     重点研究灵长类起源与早期演化、早期人类的起源、直立人的演化及现代智人的起源，探索中国古人类体质特征及其演化的影响因素，揭示人类演化与过去全球变化之间的互馈关系。应用体质人类学的理论与方法，研究现代蒙古人种的形成与分化，并开展相关应用人类学工作，为人类健康提供科学支撑