在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹，许多被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机物质分解殆（dài）尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着。同样，那些生物生活时留下来的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化的生物遗体、遗迹就称为化石，化石一般少都要经过上亿年才能形成。
在中世纪的黑暗时代，人们对化石有各种各样的解释，人们或者解释为自然界的奇特现象，或者解释为是魔鬼的特别的创造和设计以便来迷惑人。这些迷信以及宗教权威们的反对，妨碍了化石研究达数百年。大约在15世纪初，化石的真正起源被普遍接受了。人们懂得了化石是史前生物的残体，符合铀铅测年法的断代，但仍然认为是教圣经上所记载的大洪水的遗迹。
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科学家与神学家的争论大约持续了300年。文艺复兴时期，几个早期自然科学家，著名的达芬奇论及到化石的问题。他坚决主张，洪水不能对所有化石负责，也无法解释化石出现在高山上。人们肯定地相信，化石是古代生物无可置疑的证据，并认为海洋曾覆盖过意大利。他认为，古代动物的遗体被深埋在海底，在后来的某个时候，海底隆起高出海面，形成了意大利半岛。
在十八世纪末和十九世纪初，化石的研究打下了牢固的基础，并形成一门学科。从那时起，化石对于地质学家越来越重要了。化石主要发现于海相沉积岩中，当海水中沉积物如石灰质软泥、沙、贝壳层被压紧并胶结成岩时，就形成了海相沉积岩。只有极罕见的化石出现在火山岩和变质中。火山岩原来是熔融状态，它的里面是没有生命的。
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变质岩经历了非常大的变化而形成的，使得原始的岩石中的化石一般都化为乌有。然而，即使在沉积岩中，所保留下来的记录也只是史前动植物的很小一部分。如果考虑到形成化石这一过程所需要的苛刻条件，也就不难理解为什么沉积岩中所保留下来的也只是史前动植物的很小一部分。每一个化石都有自己的历史价值。
1984年在中国出土一件有6500万年的历史的“恐龙蛋窝”化石。本“恐龙蛋窝”化石出土之后，几经辗转流失到中国境外，此件“恐龙蛋窝”化石包含22枚盗蛋龙恐龙蛋，其中19枚恐龙蛋中可见初具雏形的恐龙胚胎。2003年，一名美国收藏家在美国公开拍卖会上以42万美元将其买下，后经多方交涉无偿归还中国。这也是中国政府首次通过外交途径追索流失国外的古生物化石。
一个珍贵的恐龙骨骼化石将以1000万美元的天价拍卖，该化石中保存着两只恐龙的“致命搏斗”。化石中保存着0.68亿年前矮暴龙和三角龙的骨骼，显示两者均严重受伤终同归于尽。令科学家惊异的是，食肉性矮暴龙的一些锋利牙齿嵌入三角龙的头部之中，而矮暴龙的头骨和胸腔骨骼被食草恐龙三角龙压碎。
