Paleobotanik är studiet av fossila växter. Den fossila lagerföljden dokumenterar växternas och livsmiljöns utveckling, och dessa data används i vid utsträckning inom biologisk och geologisk forskning.
Vid enheten för paleobotanik finns en av världens största samlingar av fossila växter. Samlingarna innehåller många unika och viktiga föremål, speciellt omfattande och värdefullt är materialet från de tempererade områdena och från polartrakterna (Sverige, Grönland, Island, Spetsbergen, Alaska, Antarktis, Patagonien), men också de många typexemplar och det original material som studerats av internationellt välkända forskare som O. Heer, A. G. Nathorst, T. G. Halle och R. Florin.

Samlingarna innehåller också många utsökt välbevarade fossil av krittida blommor. De fossila växtsamlingarna används i sektionens pågående forskningsprojekt, men också av andra forskare runt om i världen. Dataregistrering av samlingarna är ett annat aktuellt huvudprojekt vid sektionen och en del av informationen finns tillgängligt via Internet.Forskningen vid sektionen rör många olika frågor inom det paleobotaniska ämnesområdet, för närvarande inriktas forskningen framförallt på blomväxternas ursprung och utveckling.