英国的史密斯常被誉为地层学之父，他的贡献可总结为下列四点。一是发现了老地层在下、新地层在上的地层序列（或称地层层序律），二是确定了化石鉴定法则，三是确定了英国中生界的序列，四是完成了英格兰和威尔士的地质图。他的著作于1817年出版后，其工作方法逐渐被英国地质学者所理解。几乎与史密期同时的是居维叶和布隆尼亚尔在巴黎盆地的工作。他们都已明确地认识到，不同时代的地层中有不同的化石。正是依据化石的这种性质，他们开始编篡地球的历史。这样，基于标准地区的中生界和新生界的研究而形成了地层学。 建立古生界的序列却走过了一段曲折的道路，因为古生界变形、变位较强，所含化石个体较小且与现代属种有很大差异。以下古生界为例，麦奇森及其代表的英国地质调查所派称志留，采用的是史密斯的方法即地层用化石鉴定，而塞奇威克及其代表的剑桥大学派称寒武，强调的是岩石自身的不同。自1835年开始，曾是师生、同事和合作者的塞奇威克和麦奇森站到了对立的立场上，开展了长达40余年的论战。尽管没有到动拳头的地步，但说的话要多难听有多难听，全然没有一点绅士风度。直至1879年，莱普沃斯增加了奥陶纪，明确了寒武纪早老留纪晚，这场争论才告结束。
1872年，享特在北美的地质报告中首次采用了古地理学这一术语。试图以同时代地层的相变研究为基础复原当时的海洋和陆地的位置。古地理学的产生使地层学又前进了一步；从原来对化石和地层的观察记录发展为对一个地质时代的环境和生物生存状态的综合分析和认识。
19世纪是对地层进行编年和时代划分、建立地层系统的年代，新兴的分支学科的形成和发展使地层学内容上更为丰富。葛利普的巨著地层学原理（1913）便是在这一背景下出现的。20世纪50年代后地层学的发展表现为两个方面，一是沉积学等分支学科从地层学内独立出去，二是在地层学这一广泛的领域内形成了研究对象较为专一的分支学科，相应地，出现了多个地质年表，丰富了地层多重划分的内容。后者的典型实例是在地震地层学基础上发展起来的层序地层学。
地层学作为地质学基石的重要意义，在于不可能割断历史来研究地质学。近半个世纪的地质进程中，尽管地层学受到过冷遇（据说普林斯顿大学在板块学说提出后曾把化石标本都倒掉了），它的基石地位始终没有动摇。在新千年里，它应以更新的学术思想和探测手段武装自己，才能使新千年内地质学的发展有更坚实的基础。
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