Μερικές φορές, οι παλαιοντολόγοι ανακαλύπτουν απολιθώματα που είναι δύσκολο να ταξινομηθούν. Μερικά απολιθώματα είναι τόσο κρυπτικά που δεν υπάρχει καν συμφωνία ως προς το σε ποιο είδος ζώων ανήκουν. Μερικά, όπως τα Vendozoa, μυστηριώδη καπιτονέ «στρώματα» και τσάντες από την περίοδο Ediacaran, περίπου 600 με 542 εκατομμύρια χρόνια πριν, έχουν ανατεθεί προσωρινά το δικό τους phyla. Άλλοι παραμένουν χωρίς θέση, με αντικρουόμενες ερμηνείες ως προς τη συγγένειά τους. Ένα απολίθωμα του οποίου η ταξινόμηση είναι άγνωστη αναφέρεται ως incertae sediis, στα λατινικά για «αβέβαιη τοποθέτηση».
Οι απολιθωμένοι οργανισμοί που είναι δύσκολο να ταξινομηθούν είναι οι περισσότεροι από την αυγή της πολυκύτταρης ζωής, κατά την περίοδο του Edicaran και της Cambrian. Η πολυκύτταρα ζωή εμφανίστηκε στο Ediacaran, περίπου 600 εκατομμύρια χρόνια πριν. Τα απολιθώματα αυτής της εποχής είναι τόσο πρωτόγονα που είναι δύσκολο να πούμε τι είναι. Ένας από αυτούς τους απολιθωμένους οργανισμούς είναι ο Cloudina, ένας από τους πρώτους οργανισμούς βιομεταλλοποίησης, από τον οποίο έχει απομείνει μόνο ένας ασβεστώδης σωλήνας. Διάφοροι ειδικοί στους απολιθωμένους οργανισμούς το αποκαλούν είτε πρωτόγονο σφουγγάρι, cnidarian που μοιάζει με κοράλλια (συγγενής της μέδουσας), είτε ακόμη και πρώιμο σκουλήκι.
Οι απολιθωμένοι οργανισμοί της χλωρίδας του Ediacaran είναι από τους πιο μυστηριώδεις, επειδή υπάρχουν πάρα πολλοί από αυτούς και υπάρχει ελάχιστη συναίνεση σχετικά με την ταξινόμηση οποιωνδήποτε πλην λίγων. Ο ζώντος οργανισμός Ediacaran περιελάμβανε τα πρώτα γνωστά πολυκύτταρα οικοσυστήματα, και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αποτελούνταν από διάφορες γεμάτες υγρό σάκους, φύλλα και στρώματα με χαρακτηριστικό καπιτονέ μοτίβο. Ένα εμβληματικό μέλος του Edicaran biota, ο Charnia, μοιάζει κάπως με ένα σύγχρονο cnidarian, το θαλάσσιο στυλό, που οδηγεί ορισμένους επιστήμονες να ταξινομήσουν τον βιολογικό οργανισμό Ediacaran ως cnidarian χωρίς τσιμπήματα, αλλά άλλοι ερευνητές τους αποκαλούν λειχήνες, μύκητες, γιγάντιους πρωτιστές, βασικούς μεταζώα, βακτηριακές αποικίες και άλλα. Το ερώτημα είναι ακόμα άλυτο.
Άλλοι απολιθωμένοι οργανισμοί που ήταν μια πρόκληση να ταξινομηθούν προέρχονται από την περίοδο της Κάμβριας, η οποία εμφανίστηκε αμέσως μετά το Ediacaran. Ένα από τα πιο διάσημα είναι το αρπακτικό πλάσμα που μοιάζει με γαρίδες Anomalocaris, του οποίου τα συστατικά κομμάτια θεωρούνταν κάποτε ότι ήταν τρεις ξεχωριστοί οργανισμοί. Αρχικά, ένα από τα αποκολλημένα «βραχίονα» του θεωρήθηκε ότι ανήκει σε καρκινοειδή, το στόμα του, σε σχήμα φέτας ανανά, θεωρήθηκε λανθασμένα με μέδουσα και το σώμα του ταξινομήθηκε ως σφουγγάρι. Μόλις το 1985 οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι αυτά ήταν μέρη ενός αρπακτικού πρωτο-αρθρόποδου, του μεγαλύτερου γνωστού αρπακτικού της Κάμβριας με μήκος έως και ένα μέτρο.
Άλλοι απολιθωμένοι οργανισμοί που έχουν αποδειχθεί δύσκολο να ταξινομηθούν περιλαμβάνουν το Cambrian Wiwaxia, το Opabina, το Odontogriphus και πολλούς άλλους. Μετά την Κάμβρια, πολλοί οργανισμοί εγκαθίστανται σε καλά εδραιωμένες φυλές και καθίστανται ευκολότερο να ταξινομηθούν.