Terkadang, ahli paleontologi menggali fosil yang sulit untuk diklasifikasikan. Beberapa fosil sangat samar sehingga bahkan tidak ada kesepakatan tentang filum hewan apa mereka berasal. Beberapa, seperti Vendozoa, “kasur” dan tas berlapis misterius dari periode Ediacaran, sekitar 600 hingga 542 juta tahun yang lalu, untuk sementara diberi filum mereka sendiri. Yang lain tetap tidak ditempatkan, dengan interpretasi yang saling bertentangan mengenai afinitas mereka. Fosil yang klasifikasinya tidak diketahui disebut sebagai incertae sediis, bahasa Latin untuk “penempatan yang tidak pasti”.
Organisme fosil yang sulit untuk diklasifikasikan paling banyak dari awal kehidupan multiseluler, selama periode Edicaran dan Kambrium. Kehidupan multiseluler muncul di Ediacaran, sekitar 600 juta tahun yang lalu. Fosil dari masa ini sangat primitif sehingga sulit untuk membedakannya. Salah satu organisme fosil ini adalah Cloudina, salah satu organisme biomineralisasi pertama, yang hanya tersisa tabung berkapur. Berbagai ahli organisme fosil menyebutnya spons primitif, cnidarian mirip karang (kerabat ubur-ubur), atau bahkan cacing tersegmentasi awal.
Organisme fosil dari biota Ediacaran termasuk yang paling misterius, karena jumlahnya sangat banyak dan hanya ada sedikit konsensus tentang klasifikasinya. Biota Ediacaran terdiri dari ekosistem multiseluler pertama yang diketahui, dan seperti yang dinyatakan sebelumnya, terdiri dari berbagai kantong berisi cairan, daun, dan kasur dengan pola berlapis yang khas. Salah satu anggota ikonik dari biota Edicaran, Charnia, terlihat seperti cnidarian modern, pena laut, membuat beberapa ilmuwan mengklasifikasikan biota Ediacaran sebagai cnidaria tanpa sel penyengat, tetapi peneliti lain menyebutnya lumut, jamur, protista raksasa, basal metazoa, koloni bakteri, dan banyak lagi. Pertanyaannya masih belum terjawab.
Organisme fosil lain yang sulit untuk diklasifikasikan berasal dari periode Kambrium, yang terjadi segera setelah Ediacaran. Salah satu yang paling terkenal adalah makhluk mirip udang pemangsa Anomalocaris, yang bagian penyusunnya pernah dianggap sebagai tiga organisme berbeda. Awalnya, salah satu “lengan” yang terlepas dianggap milik krustasea, mulutnya, yang berbentuk seperti irisan nanas, dikira ubur-ubur, dan tubuhnya diklasifikasikan sebagai spons. Baru pada tahun 1985 para ilmuwan menyadari bahwa ini adalah bagian dari proto-arthropoda predator, predator Kambrium terbesar yang diketahui hingga satu meter panjangnya.
Organisme fosil lain yang telah terbukti sulit untuk diklasifikasikan termasuk Wiwaxia Kambrium, Opabina, Odontogriphus, dan banyak lainnya. Setelah Kambrium, banyak organisme menetap menjadi filum yang mapan dan menjadi lebih mudah untuk diklasifikasikan.