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考古遗址中除了出土各种各样的石器、陶器、骨器、玉器、铜器、铁器等，有时还会出土一些植物遗存。这样的例子不胜枚举，譬如陕西西安半坡遗址中出土的菜籽，甘肃临夏林家遗址出土的大麻，河南舞阳贾湖遗址出土的菱角、莲藕、栎果、山楂等，湖南澧县城头山遗址出土的薏苡幼果、蘡薁种子、甜瓜种子、小葫芦、冬瓜种子、野菱、黄荆核果等。
在考古学中，对古代种子等植物遗存进行研究的学科，称为植物考古（Paleoethnobotany）。考古发现的植物遗存通常分为两类，一类是植物大遗存，如种子、果核、果壳、炭屑、木材、根茎等。一类是植物微小遗存，包括孢粉、植硅体、淀粉粒等。
种子、果核、果壳等植物遗存，在自然界中通常会被分解，只有在极其干燥的条件下，或者完全浸泡在水中才能保存下来。我国新疆地区的小河墓地、洋海墓地，以及浙江余姚河姆渡遗址出土的大量种子遗存，就属于这种情况。另外，被火烧过的植物种子遗存，碳化后也能够长期留存在土壤中。
不同植物遗存的采集和提取方式不同。在遗址中提取植物大遗存时，对于肉眼可见的木材、根茎等样品，可直接采集。埋藏在泥土中碳化的植物种子或微小遗存，仅靠肉眼难以发现，通常需要采集大量土样，随后通过浮选获得样品。
浮选法，也称为水洗分离法，1962年由美国考古学者斯楚艾夫开始应用于考古发掘中。浮选法原理是：泥土和碳化植物种子的质量不同，与水充分混合之后，质量大的土壤颗粒会下沉，质量较轻的碳化种子等则会上浮至水面。提取植物遗存后，下一步是对其进行整理、称重、过筛、分类，辨别植物遗存的种属。
在植物微小遗存中，孢粉产量大，对温度、压力、酸碱都有耐性，且体积小。这些特性，使得它们容易保存且数量巨大，在土壤中的文化层或陶器、石器缝中都可以提取到孢粉。
采集到的孢粉样本需密封保存，每次采集完成后都需要清洁采集工具，防止样本受到污染。经过分离、烘干、氧化处理、分选、浮选、制片后，对其进行观察和统计。孢粉包括孢子和花粉，孢粉分析的原理为：不同科属的植物，其孢粉外壁的形状、结构，以及表面纹饰不同。通过在显微镜下观察孢粉的外壁特征，可鉴定其科属。
植硅石（phytolish）分析，常与孢粉分析结合，是植物考古中最普遍的研究方法。植硅石是植物在土壤中吸收大量硅酸之后，在细胞中形成的微小二氧化硅颗粒，也被称为植硅体和植物蛋白石。
植硅石的特性和孢粉相似，它体积小，但不像孢粉一样容易被风吹散，比孢粉更耐高温（熔点在950℃），在被火烧过的红烧土、陶片中仍能提取，同时具有超强的耐酸碱性。在显微镜下，不仅不同植物的植硅石大小、形态不同，同一植物不同部位的植硅石形态也不同。不过利用植硅石分析法鉴定植物，通常只能鉴定到科一级，比较难鉴定到种属级。
淀粉粒分析，是近20年来新兴的植物考古研究方法。淀粉粒是植物光合作用的产物，贮藏在植物的根、茎、种子中。不同种属的植物，淀粉粒的形态不同。淀粉粒分析在鉴定种属上具有突出优势，通过淀粉粒分析，对植物标本的鉴别能够精确到种属一级。不过淀粉粒极其不耐高温，在40℃以上就会变形。因其不易保存，难以采集，目前而言，淀粉粒分析法还不是非常成熟。
此外，植物微小遗存分析方法还包括硅藻（具有硅质细胞壁的藻类）分析、植物DNA分析、角质层（草本植物叶片表皮最外层的保护层）分析等多种方法。
通过鉴别植物种属，对古代植物进行研究，我们可以考察古代居民种植的作物，间接了解古代的植被情况和气候条件，复原古代社会的环境。同时还能了解古人与植物和环境的关系，考察农业起源、古人农业的运行状况、环境演化对人的影响，以及人对环境的适应情况。
在我们印象里，新石器时代，北方黄河流域出土最多的旱作农作物遗存是粟（谷子，俗称小米）。这一点没错，不过，人类最早驯化的旱地作物并非是粟，而是黍（糜子，俗称黄米）。
新石器时代早期，像甘肃秦安的大地湾遗址、内蒙古赤峰的兴隆沟遗址等，黍的出土率通常大于粟。在新石器时代中晚期的遗址中，粟的出土率才超过黍。至新石器时代晚期，长江流域的水稻传入黄河流域，黄河流域的农业才从以粟为主转向稻粟混合。同时期遗址中还出土了不少小麦、大豆等农作物的种子。从此之后，粟、黍、水稻，以及小麦、大豆等“五谷”，才共同构成了黄河流域的农业格局，一直延续至今。
新石器时代黄河流域居民的主要农作物，经历了黍—粟—稻粟混合的转变。这样的转变，与植物的适应性、当地的气候和环境条件、作物的传播，以及古代居民的饮食偏好等许多因素有关。人们最先驯化黍，可能是因为黍的驯化更为简易，黍对土壤肥力的要求也比较低，且较粟更加耐旱、耐寒。新石器时代晚期水稻在黄河流域逐渐推广，或许与当时北方的气候环境发生变化有关。
稻作农业的起源和发展，也是考古学研究中一个十分重要的问题。水稻原生于中国，说到中国最早的水稻，最为大众熟知的是20世纪70年代浙江余姚河姆渡遗址中出土的距今7000年的水稻。其实在更早之前，我国古代居民就已经开始利用水稻了。
河姆渡文化田螺山遗址中，显微镜下拍摄的农田杂草种子
1993—1995年，中美联合考古队在江西万年仙人洞遗址、吊桶环遗址中的新石器时代早期地层中，发现了丰富的野生稻和栽培稻的植硅石。这表明在距今1万年，人们采集野生稻的同时，也开始栽培水稻。
2001年，考古学者在浙江浦江上山遗址（距今11000—8500年）中，发现出土的陶器、陶片坯土的羼和料中含有大量稻的颖壳，通过对陶片进行植物硅酸体分析，发现其中也具有野生稻和现代栽培稻类型。2006年，考古学者又在上山遗址早期灰坑中发现了一粒完整的炭化稻米，研究表明，这粒炭化稻应属于驯化初级阶段的原始栽培稻。
2001年以来，通过对浙江余姚田螺山遗址（距今7000—5500年）的多年考古发掘，考古学者也发现了大量稻作遗存。经分析研究，在田螺山遗址的早中晚三个阶段，水稻的使用比例和驯化水稻的比例均在不断增长，水稻逐渐成为人们食物的主要来源。
从10000年前的仙人洞遗址、吊桶环遗址出土的稻作遗存，至10000年左右的上山遗址发现的稻壳遗存，到7000年前的田螺山遗址、河姆渡遗址出土的稻作遗存，再到距今5000年前良渚遗址中出土的大型稻谷贮藏遗迹、规模化的水稻田，我们可以看到，古代水稻的驯化以及稻作农业的发展是一个十分漫长的过程。古人历经五千年，才完成了从狩猎采集到以稻作农业为主的转变。