Uneori, paleontologii dezgroapă fosile care sunt greu de clasificat. Unele fosile sunt atât de criptice încât nu există nici măcar un acord cu privire la ce grup de animale aparțin. Unora, cum ar fi Vendozoa, misterioase „saltele” matlasate și genți din perioada Ediacaran, cu aproximativ 600 până la 542 de milioane de ani în urmă, li s-a atribuit provizoriu propriile lor fili. Alții rămân nelocați, cu interpretări contradictorii cu privire la afinitatea lor. O fosilă a cărei clasificare este necunoscută este denumită incertae sediis, latină pentru „plasare incertă”.
Organismele fosile care sunt greu de clasificat sunt cele mai numeroase încă din zorii vieții multicelulare, în perioada Edicaran și Cambrian. Viața multicelulară a apărut în Ediacaran, cu aproximativ 600 de milioane de ani în urmă. Fosilele din acest timp sunt atât de primitive încât este greu de spus ce sunt. Unul dintre aceste organisme fosile este Cloudina, unul dintre primele organisme biomineralizante, din care a rămas doar un tub calcare. Diverși experți în organisme fosile îl numesc fie un burete primitiv, un cnidarian asemănător coralului (rudă cu meduze), fie chiar un vierme segmentat timpuriu.
Organismele fosile ale biotei Ediacaran sunt printre cele mai misterioase, deoarece sunt atât de multe și există puțin consens cu privire la clasificarea doar a câtorva. Biota Ediacaran a cuprins primele ecosisteme multicelulare cunoscute și, așa cum am menționat mai devreme, a constat din diverse pungi, frunți și saltele umplute cu lichid cu un model matlasat caracteristic. Un membru emblematic al biotei Ediacaran, Charnia, arată oarecum ca un cnidarian din zilele noastre, pixul de mare, ceea ce i-a determinat pe unii oameni de știință să clasifice biota Ediacaran drept cnidarieni fără celule înțepătoare, dar alți cercetători le numesc licheni, ciuperci, protisti giganți, bazali. metazoare, colonii bacteriene și multe altele. Întrebarea este încă nerezolvată.
Alte organisme fosile care au fost o provocare pentru clasificare provin din perioada Cambriană, care a avut loc imediat după Ediacaran. Una dintre cele mai faimoase este creatura prădătoare asemănătoare creveților Anomalocaris, ale cărei piese constitutive se credeau odată a fi trei organisme distincte. Inițial, se credea că unul dintre „brațele” sale detașate aparține unui crustaceu, gura lui, în formă de felie de ananas, a fost confundată cu o meduză, iar corpul său a fost clasificat ca un burete. Abia în 1985 oamenii de știință și-au dat seama că acestea erau părți ale unui proto-artropod prădător, cel mai mare prădător cambrian cunoscut, având o lungime de până la un metru.
Alte organisme fosile care s-au dovedit dificil de clasificat includ Cambrian Wiwaxia, Opabina, Odontogriphus și multe altele. După Cambrian, multe organisme se stabilesc în phyla bine stabilite și devin mai ușor de clasificat.