化石是埋藏在地层里的古代生物的遗物。最常见的化石是由牙齿和骨骼形成的。古代动物死后，尸体的内脏、肌肉等柔软的组织很快便会腐烂，牙齿和骨骼因为有机质较少，无机质较多，却能保存较长的时间。如果尸体恰好被泥沙掩埋，与空气隔绝，腐烂的过程便会放慢。泥沙空隙中有缓慢流动的地下水。水流一方面溶解岩石和泥沙内的矿物质，另一方面将水中过剩的矿物质沉淀下来或成为晶体，随着水流会逐渐渗进埋在泥沙中的骨内,填补牙齿和骨骼有机质腐烂后留下的空间。如果条件合适，由外界渗进骨内的矿物质在牙齿和骨骼腐烂解体之前能有效地替代骨骼原有的有机质，牙齿和骨骼便完好地保存成为化石。由于化石中的大量矿物质是极为细致地慢慢替代其中的有机质，所以能完整地保存牙齿和骨骼原来的形态，连电子显微镜才能看清的组织形态都能原样保存。天长日久，骨骼的重量不断增加，由原来的牙齿和骨头变成了还保存牙齿和骨头原有的外形和内部结构的石头，这个过程被称作“石化过程”。

除了牙齿和骨骼外，有的动物的粪便也能成化石。例如，有的肉食动物吃肉时是连着碎骨一起吞下的，粪便里有许多没有被消化掉的碎骨，碎骨不容易腐烂，所以也能成为化石。脚印也能成为化石。人或动物踩在泥沙上，造成脚印。泥沙干后，脚印又被另外的物质填满。两种物质都被后来渗进去的矿物质石化后保存下来，但是两种物质的性质不同，软硬不同，容易风化或破坏的程度也不同。一种物质被风化或破坏后，另一种物质便表现为脚印化石。

化石是由地制裁历史时期生物的遗体或其他生活活动的遗迹被沉积物埋藏之后，在沉积物的压实、固结成岩过程中，经过石化作用形成的。

那么，是不是所有生物的遗体，或者每种生物所有的组成和器官都能成为化石呢？不是的，化石的形成和保存需要一定的条件。条件不同，所形成化石的类型也不同。

现在，我们来看一看化石形成和保存所需要的条件。化石的形成和保存主要与以下条件有关：

⑴生物体是否具有由化学性质较稳定的物质组成的硬体（如贝壳、骨骼等），具有硬体的生物保存为化石的可能性较大；

⑵生物遗体或遗迹所在环境的物理化学条件是否适合于保存，波浪作用强烈的水域环境不利于生物遗体和遗迹的保存；当环境介质的PH值小于7.8时，由碳酸钙组成的生物硬体容易受到溶蚀，故也不利于生物遗体的保存；氧化条件下不利于有机质的保存；

⑶生物死亡后是否迅速被埋藏，如果生物死亡后，它的遗体能够被迅速而长期埋藏，那就比较容易形成化石；

⑷沉积物的类型对化石的形成和保存也有重要影响；如果生物遗体被化学沉积物（如CaCO3）或生物成因的沉积物所掩埋，形成化石的可能性比较大；

⑸在沉和物固结成岩的化石过程中，强烈的压实作用和重新结晶的作用，不利于化石的形成和保存。

由于形成化石的条件不同，保存在岩层中的化石也有不同类型。按化石保存特点不同，大致有实体化石、模铸化石、遗迹化石和化学化石四种类型。其中研究得比较深入、意义比较的是实体化石。在实体化石中，生物遗体全部保存为化石的十分罕见，较常见的只保存了生物体的某一部分，如一颗牙齿、一块骨头、一枚贝壳或一片叶子等。

1901年在西伯利亚第四系冻土层里发现的猛犸象化石，不仅骨骼完整，皮、毛、血、肉，甚至胃中的食物也保存了下来。这是由于约25 000年前在该地生活的猛犸象死亡之后，被迅速地埋藏在冻土中所致。

在我国辽宁省抚顺煤田的主煤层中，含有大量精美的由松脂固结变成的琥珀，其中常保存完整的昆虫（如蚊、蜂等）。

必须指出，在化石石化过程中，生物硬体原来的成分可能部分或全部被地下水中的矿物质所取代，或者其中稳定性较低的含氮、含氧物质经分解和升溜作用而挥发消失、仅留下了稳定性高的碳质部分，如植物的叶子化石通常是碳质和薄膜。由于化石的形成和保存需要苛刻的条件。因此，保存在岩层中的化石实际上只是当时生存物的非常少的一部分，这就是生物史记录的不完备性。尽管如此，我们仍可通过化石的研究，揭示不同地质历史时期生物界的概貌。