Sukupuutosta palauttaminen tarkoittaa sukupuuttoon kuolleiden lajien herättämistä henkiin esimerkiksi jalostuksen, kloonauksen ja geenitekniikan avulla. Vaikka pysyvää palauttamista ei ole vielä saavutettu, sen uskotaan olevan mahdollista lähitulevaisuudessa. Keskeisiä menetelmiä ovat takaisinristeytys (kuten Heckin alkuhärkä), tumansiirto eli kloonaus sekä CRISPR-geenimuokkaus, jonka avulla esimerkiksi George Church suunnittelee villamammutin palauttamista yhdistämällä sen geenejä aasiannorsuun. Vuonna 2003 Espanjassa tehtiin ensimmäinen palautusyritys, kun pyreneidenvillivuohen alalaji Capra pyrenaica pyrenaica kloonattiin, mutta yksilö kuoli pian syntymän jälkeen. Hyvin vanhojen lajien, kuten dinosaurusten, palauttaminen on kuitenkin epätodennäköistä, koska niiden DNA on tuhoutunut. Tulevaisuudessa myös kantasolujen avulla voitaisiin palauttaa esimerkiksi muuttokyyhkyn kaltaisia lajeja, mikä herättää sekä toivoa että eettisiä kysymyksiä luonnon monimuotoisuuden palauttamisesta.