化石是埋藏在地層裡的古代生物的遺物。最常見的化石是由牙齒和骨骼形成的。古代動物死後，屍體的內臟、肌肉等柔軟的組織很快便會腐爛，牙齒和骨骼因為有機質較少，無機質較多，卻能保存較長的時間。
如果屍體恰好被泥沙掩埋，與空氣隔絕，腐爛的過程便會放慢。泥沙空隙中有緩慢流動的地下水。水流一方面溶解岩石和泥沙內的礦物質，另一方面將水中過剩的礦物質沉澱下來或成為晶體，隨著水流會逐漸滲進埋在泥沙中的骨內，填補牙齒和骨骼有機質腐爛後留下的空間。如果條件合適，由外界滲進骨內的礦物質在牙齒和骨骼腐爛解體之前能有效地替代骨骼原有的有機質，牙齒和骨骼便完好地保存成為化石。
由於化石中的大量礦物質是極為細緻地慢慢替代其中的有機質，所以能完整地保存牙齒和骨骼原來的形態，連電子顯微鏡才能看清的組織形態都能原樣保存。天長日久，骨骼的重量不斷增加，由原來的牙齒和骨頭變成了還保存牙齒和骨頭原有的外形和內部結構的石頭，這個過程被稱作“石化過程”。
除了牙齒和骨骼外，有的動物的糞便也能成化石。例如，有的肉食動物吃肉時是連著碎骨一起吞下的，糞便裡有許多沒有被消化掉的碎骨，碎骨不容易腐爛，所以也能成為化石。腳印也能成為化石。人或動物踩在泥沙上，造成腳印。泥沙干後，腳印又被另外的物質填滿。兩種物質都被後來滲進去的礦物質石化後保存下來，但是兩種物質的性質不同，軟硬不同，容易風化或破壞的程度也不同。一種物質被風化或破壞後，另一種物質便表現為腳印化石。