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在日本考古学上，弥生时代之后出现的年代被称为古坟时代。在这一时代，日本各地出现前方后圆或前方后方型的大型坟墓，在这些坟墓中会陪葬武器、马具、陶俑以及铜镜、铜铎等物品，从而被认为是在农业生产力提升后出现身份等级分化乃至政治权力集中的时代。一般认为古坟时代开始于公元3世纪中后期，结束于公元6世纪末或7世纪初。古坟拥有庞大的外观，或圆形，或方形，还有的系圆形和方形组合而成，形成高高的坟丘，这些古坟分别叫作圆坟、方坟、前方后圆坟。为了营建高大的坟丘，往往得分阶段施工。当时除了普通有封土的土冢外，还有在岩石较多的山地以积石形式筑起来的石冢。土冢一般在表面铺一层砾石，有的古坟约用石220万块。
古坟有三种基本的坟墓形制，以前方后圆形坟最为典型，变化也较大。出现于早期的古坟，是利用丘陵这种自然地形筑成的。丘陵隆起的圆形部分作为坟顶，又利用倾斜而又较狭窄的部分，把它削平、整形，使其略呈方形。后圆部分较高，前方部分较低。圆形坟顶上再筑一竖穴，以便纳棺于其中。因古坟的修筑往往是利用山丘顶部，因而它有着需仰视才可见的高度。即是说，利用丘陵筑成的大坟，外貌虽似高大，但却是名不副实的，因为它是凭借丘陵的高大而高大的。山丘上的古坟并不作出壕沟，只有在山麓地带的古坟才作壕沟。中期的前方后圆坟，一般都以仁德陵为代表。这个时期的古坟，前方部分的宽度及高度都有所增加，前方部分的宽度已超过了后圆部分的直径，同时也具有与后圆部分几乎相等的高度。外形也有些变化，例如在前方部和后圆部连接的中间部分筑出一方坛。这是古坟时代中期前方后圆坟的一个特色。此外，古坟多建在台地或平原上，坟丘多为人工封土。采土地点往往就在其周围，坟丘建好之后，其周围的壕沟也就自然形成了，注入水将古坟包围起来。壕沟较多时甚至多到二三重。晚期时前方后圆坟的前方部分逐渐增大，仁贤陵前方部分的宽度甚至是后圆部分直径的1.6倍，而清宁陵竟达2倍多。不仅前方部分的高度已超过后圆部分，而且前方部分有越来越大的趋势，这是由于采用横穴式石室所致。总体来说，中期的仁德陵最大，以后的规模渐渐缩小，矮小的坟增多，有很多是群坟集中、一坟多尸。
早在江户时代，日本知识阶层中受到清代考据学以及日本国学思想影响的一部分人，逐渐对散落各地古坟及其出土物品表现出浓厚的兴趣，并在实地考察山陵的基础上编纂考察和考证的书籍。如元禄九年（1696年）松下见林编写的《前王庙陵记》、元禄十二年（1699年）细井知名与细井知慎合编的《诸陵周垣成就记》先后付梓，被认为是最早从事山陵古坟研究的“双璧”。同样在元禄年间（1688—1704年）水户藩主德川光圀甚至对常陆国玉里村的车冢、下野国汤津上村的侍冢进行发掘，虽然未得到预想的墓志，但还是出土了一些随葬品。这可以看作前近代社会最初的学术性考古发掘工作。明治维新后，日本实行文明开化政策，全面向西方学习。
在考古学领域，有“石器时代的摩斯与古坟时代的格沃兰德”
之说。格沃兰德受明治政府之聘，担任大阪造币寮（今造币局）的冶金技师。他在日本政府工作之余，还用近代科学技术考察和测量各地的古坟，并主持发掘了大阪府芝山古坟，是将近代考古学引入古坟时代研究的先驱。但格沃兰德对日本古坟的研究成果都是其回国后在英国出版，因此对当时的古坟时代研究界影响有限。在明治时期，真正引领日本学界对古坟时代开展研究的是东京帝国大学人类学和考古学教授坪井正五郎。自1886年始，坪井先后主持了对栃木县足利公园古坟群、福冈县日冈古坟、东京都芝丸山古坟群的调查发掘工作，其中1888年完成的有关足利公园古坟群的考古发掘报告记载内容完整，用实证科学的方法细致考察了古坟遗址的遗构、遗物的样貌及制作技术等，此后被作为考古发掘报告的范本。不过，该报告在判断枥木足利公园古坟的年代时却以《记纪》（《古事记》《日本书纪》）为依据，采用垂仁
三十二年（公元元年）的埴轮起源说。这从某种程度上反映了日本经过明治初期全盘西化的尝试后，自明治十四年（1881年）开始强化以天皇为中心的国家主义教育的历史背景。即使坪井这位吸收了西方科学观和知识体系的帝国大学教授，也不得不在保持考古报告科学性的同时，兼顾当时中央政府大力宣传的神格化天皇及其史观。
明治末期到大正时期，有关古坟的时代问题成为日本学界的重要论争点之一。鸟居龙藏最早将“古坟”与“时代”结合，提出“古坟时代”这一学术概念，在给德岛人类学会撰写的鼓励文章中出现了“吉野川流域中的古坟时代遗迹”、“德岛的古坟时代人民”等说法。
但鸟居并未对“古坟时代”作出定义，更像是当时与研究者进行讨论时的口头表达。而最先从学理上对“古坟时代”作出严格概念说明的是八木奘三郎，他在《史学杂志》上发表的题为《日本的古坟时代》文章开头即指出：“吾邦上古之时，人们筑造高大坟墓，以此慰藉死者之灵魂，为便宜计，予将那个时期称为日本的古坟时代。”八木以古坟的型造、内部设施、遗物种类以及有无埴轮等为线索，将古坟时代划分为三个时期，即：第一期从诺册二尊开国到神武天皇，第二期从神武天皇到推古天皇，第三期从推古天皇到奈良时期。
根据《记纪》记载，神武天皇是日本第1代天皇，从日向出发东征，占领大和地区，公元前660年即位，以大和橿原宫为都，相传活到127岁。推古天皇为日本第33代天皇，生于公元554年，卒于公元628年。八木认为古坟时代起源自上古神代，终结于奈良时代，尽管在今天看来略显荒诞，但却是用近代学术语言将古坟时代进行体系化分析的第一步。考古学家喜田贞吉认为通过现存文献确定考古学意义上的古坟年代十分困难，实际上是对此前坪井和八木的古坟年代说提出了批评。他在大正二年（1913年）发表的《上古的陵墓》一文中提出了前后二期的古坟时代分期论。
喜田认为前期古坟为瓢型坟（前方后圆坟），采竖穴式石棺并有埴轮，年代为箸墓
到安闲天皇；后期古坟是普通圆型或者少数方型坟，采横穴式石棺且没有埴轮，年代为从推古天皇到文武天皇。
箸墓被认为是日本第七代天皇孝灵天皇之女倭迹迹日百袭姬命之墓，而根据《记纪》记载安闲天皇是日本第27代天皇，在位时间为公元534—536年。文武天皇为日本第42代天皇，生于683年，卒于707年。喜田在此后的研究中还指出，前期古坟为日本固有的墓葬方式，而后期古坟是受到大陆墓葬方法的影响才出现改变的。尽管喜田试图通过古坟的型造、随葬物品的变化来确定古坟的绝对年代和分期，但从其结论来看仍然未能跳出对《记纪》关于上古记载的依赖。另一方面，在大正时期通过出土铜镜的铭文研究古坟时代年代成为一种重要方法。富冈谦臧、梅原末治等学者大大推进了中原汉王朝铜镜的研究，并基于铜镜的纪年铭文倒推古坟建造的年代下限，从而用考古资料和分析方法突破了之前主要依赖《记纪》作为古坟年代推定资料的局面。
富冈利用古坟中出土的大量三角缘神兽镜铭文，将其与中国史书《三国志·魏志》有关倭人记载的赐卑弥呼铜镜百面相连接，根据铜镜的制作年代倒推出出土这些铜镜的古坟年代不晚于中原王朝的三国时代。通过对出土铜镜地点分布的统计研究，富冈和梅原还指出考古学的证据支持邪马台国畿内说，从而将考古学的新发现与历史学的既有问题相连接。实际上，在明治时期邪马台九州说的影响力更大。对古坟及其出土物品的研究，还让当时的日本原始古代史研究出现了新的问题意识。例如，高桥健自首先提出了古坟与大和朝廷成立关系——即关于日本古代国家形成的课题。
他认为古坟是伴随大和朝廷形成的产物，是自崇神天皇开始大和朝廷不断对外扩张过程中传播到列岛各地的。
进入昭和前期以后，前述喜田提出的前后二期的分期方法逐渐失去影响力，而以应神天皇和仁德天皇古坟为界的前中后三期分期法成为学界的通说。在《记纪》中，应神和仁德分别是日本第15、16代天皇，而且现在一般认为这两位天皇就分别是中国南朝史书记载的倭五王中的讚与弥。《晋书》和《宋书》中记载，倭五王在公元5世纪曾九次遣使南朝朝贡，而其主要目的是向大陆王朝请求在朝鲜半岛南部的统治权。1936年后藤守一主持了对群马县白石古坟群的发掘，并在对古坟型造、埋葬设施、埴轮及陪葬品的综合研究基础上，提出前方部分比后圆部分宽度狭窄者为前期样式，前方部分的高度和宽度与后圆部分相当者为后期样式，在两者之间的为中期样式的三样式说。
对古坟时代的编年与分期作业，在这一时期也转向了通过式型学的方法进行。后藤认为以大和为中心的古坟文化开始于公元二三世纪，结束于大化改新先后。在同一时期，梅原末治对通过出土铜镜推定古坟年代的方法提出了修正性见解，认为很多古坟中的铜镜可能是铸造古坟时的传世物品或者日本的仿制品。其论述的证据是有些铜镜的铭文和钮孔磨损程度很高，因此可能是墓主人甚至古坟家族长期使用后才随葬入墓的。自汉镜传入日本后，因中日交流时断时续，而日本列岛各地对铜镜的需求不断加大，因此日本本土逐渐开始对中原王朝的铜镜进行仿制，在这一过程中很可能会将表示纪念的铭文保留，从而让铭文显示的时间与铜镜实际制作的时间不符。梅原认为，仅靠出土铜镜虽然能够判断古坟的年代上限，却难以准确推断古坟筑造的年代下限，因此需要综合考虑古坟式型、其他随葬品等中存留的时间信息。
应该说，战前日本的古坟时代研究取得了一定的进展，但在资料整理、历史观、方法论等方面仍有很多未尽课题。1931年“九一八”事变爆发后，日本加紧侵略中国大陆的同时，在国内也积极构建举国一致的总体战体制。很多历史学和考古学研究者也被卷入战时体制之中，对日本原始古代历史的研究也都在“皇国史观”理论的压迫下成为讴歌天皇体制和对外战争的工具。
最后需要指出的是，战前的马克思主义历史观也对古坟时代提出了自己的理论解释，并对战前日本学界的研究状况进行了批判。如祢津正志认为当时的研究“仅把特殊遗物的年代考订、样式、制作技术、装饰鉴赏等作为研究重点，完全没有考察这些遗物遗迹所反映出来的当时的生产力与生产关系以及社会组织”
，也就是说日本考古学还停留在器物层面，对很多重大问题缺乏关注。祢津还在战时及战后翻译了澳裔英籍考古学家戈登·柴尔德（Vere Gordon Childe，1892—1957年）的《亚洲的古代文明》《文明的起源》等著作，对战后日本年轻一代研究者产生了巨大影响。