Ameghinos virksomhet innen virveldyrenes paleontologi var av enestående omfang. Allerede som ung mann hadde han fra omgivelsene rundt Buenos Aires samlet inn et stort antall fossile dyr og andre saker som kunne gi opplysning om mrnnrskets samtidighet med de utdødde dyrene. I flere verker beskrev han disse funnene (1877–1881).