Paleolimnologia azpidiziplina zientifiko bat da, limnologiari eta paleoekologiari hertsiki lotua. Azterketa paleolimnologikoak barruko uretatik (adibidez, aintzirak eta errekak) iragandako inguruneak berreraikitzean oinarritzen dira erregistro geologikoen bidez, bereziki klima aldaketa, eutrofizazioa, azidotzea eta barneratutako prozesuak bezalako gertakariei dagokienez.
Azterketa paleolimnologikoak, batez ere, sedimentuen propietate fisiko, kimiko eta mineralogikoen analisien bidez egiten dira, edo polen fosila, diatomeak edo kironomidoak bezalako erregistro biologikoen bidez.