Às vezes, os paleontólogos desenterram fósseis difíceis de classificar. Alguns fósseis são tão enigmáticos que nem sequer existe acordo quanto ao filo animal a que pertencem. Alguns, como os Vendozoa, misteriosos "colchões" e bolsas do período Ediacarano, cerca de 600 a 542 milhões de anos atrás, receberam provisoriamente seus próprios filos. Outros permanecem sem lugar, com interpretações conflitantes quanto à sua afinidade. Um fóssil cuja classificação é desconhecida é chamado de incertae sediis , em latim para "colocação incerta".
Organismos fósseis que são difíceis de classificar são mais numerosos desde o início da vida multicelular, durante os períodos edicarano e cambriano. A vida multicelular surgiu no Ediacaran, cerca de 600 milhões de anos atrás. Os fósseis dessa época são tão primitivos que é difícil dizer o que são. Um desses organismos fósseis é Cloudina , um dos primeiros organismos biomineralizadores, dos quais apenas um tubo calcereoso permanece. Vários especialistas em organismos fósseis o chamam de esponja primitiva, um cnidário semelhante ao coral (parente de água-viva) ou mesmo um verme segmentado inicial.
Os organismos fósseis da biota ediacarana estão entre os mais misteriosos, porque existem muitos deles e há pouco consenso sobre a classificação de apenas alguns. A biota ediacarana compreendia os primeiros ecossistemas multicelulares conhecidos e, como afirmado anteriormente, consistia em várias bolsas, folhas e colchões cheios de fluido com um padrão acolchoado característico. Um membro icônico da biota edicarana, Charnia , parece um cnidário dos dias modernos, a caneta do mar, levando alguns cientistas a classificar a biota ediacarana como cnidária sem células picadas, mas outros pesquisadores chamam de líquenes, fungos, protistas gigantes e basais. metazoários, colônias bacterianas e muito mais. A questão ainda está incerta.
Outros organismos fósseis que têm sido um desafio para classificar vêm do período cambriano, que ocorreu imediatamente após o ediacarano. Uma das mais famosas é a criatura predatória do tipo camarão Anomalocaris , cujas peças constituintes já foram consideradas três organismos distintos. Inicialmente, pensava-se que um de seus "braços" destacados pertencia a um crustáceo, sua boca em forma de uma fatia de abacaxi era confundida com uma água-viva e seu corpo era classificado como uma esponja. Não foi até 1985 que os cientistas perceberam que eram partes de um proto-artrópode predatório, o maior predador cambriano conhecido com até um metro de comprimento.
Outros organismos fósseis que se mostraram difíceis de classificar incluem os cambrianos Wiwaxia , Opabina , Odontogriphus e muitos outros. Após o cambriano, muitos organismos se estabelecem em filos bem estabelecidos e se tornam mais fáceis de classificar.
