化石一词源自拉丁文fossillis，意为挖掘。化石是古生物学的主要研究工具，它为研究地质时期的动、植物生命史提供了证据。中国古籍中早已有关于化石的纪录，如春秋时代的计然和三国时代的吴晋，都曾提到山西省产“龙骨”，“龙骨”即古代脊椎动物的骨骼和牙齿的化石；
《山海经》也有“石鱼”（即鱼化石）的记述；南朝齐梁时期陶弘景有对琥珀中古昆虫的记述；宋朝沈括对螺蚌化石和杜绾对鱼化石的起源，已有了准确熟悉。迄今，发现最早的细菌化石为距今35亿年前的澳大利亚瓦拉翁纳群中的丝状细菌化石。
所谓化石是指生涯在岩层中地质历史时期的古生物遗物和生涯遗迹以及生物成因的残留有机分子。
虽然生物体的软组织的生涯形成了一些有趣的和令人叹为观止的化石，但这种方式形成的化石是相对有数的。古生物学家更经常地是研究生涯在岩石中的化石。
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生物体上的硬组织也能被生涯下来。差不多所有的植物和动物都拥有一些硬部分，例如蛤、蚝或蜗牛；脊椎动物的牙和骨头；蟹的外壳和能够酿成化石的植物的木质组织。生物体的坚硬部分由于是以能反抗风化作用和化学作用的物质组成的，以是这类化石漫衍的较普遍。无脊椎动物例如蛤、蜗牛和珊瑚等的壳是由方解石（碳酸钙）组成的，其中许多没有或险些没有发生物理转变而被生涯下来。
脊椎动物的骨头和牙以及许多无脊椎动物的外甲含有磷酸钙，由于这种化合物反抗风化作用的能力很是强，以是许多由磷酸盐组成的物质也能生涯下来，如曾发现一枚生涯极好的鱼牙。由硅质（二氧化硅）组成的骨骼也具有这种性子。微体古生物化石的硅质部分和某些海绵通过硅化而酿成化石。
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另一些有机物具有几丁质（一种类似于指甲的物质）的外甲，节足动物和其它有机物的几丁质外甲可以成为化石，由于它的化学因素和埋葬的方式，使这种物质以碳的薄膜的形式而生涯下来。碳化作用（或蒸馏作用）是生物埋葬之后在缓慢腐烂的历程中发生的，在剖析历程中，有机物逐渐失去所含有的气体和液体因素，仅留下碳质薄膜。这种碳化作用和煤的形成历程相同。在许多煤层中可以看到大量的碳化植物化石。在许多地方，植物、鱼和无脊椎动物就是以这种方式生涯下它们的化石。有些碳的薄膜准确地记录了这些生物的最细腻的结构。
化石还可以通过矿化作用和石化作用而生涯下来。当含矿化的地下水把矿物沉淀于生物体的坚硬部分所在的空间时，使得生物的坚硬部分变得更坚硬、反抗风化作用的能力更强。较通俗的矿物有方解石、二氧化硅和种种铁的化合物。所谓置换作用或矿化作用是生物体的坚硬部分被地下水消融，与此同时其它物质在所空出来的位置上沉淀下来的历程。有些置换形成的化石的原始结构被置换的矿物所破损。
不仅动植物的遗体能形成化石，而且批注它们曾经存在过的证据或踪迹也都能形成化石。痕迹化石能提供有关该生物特点的相当多的情形。许多壳、骨、叶以及生物的其它部分，都能以阳模和阴模的形式生涯下来。若是一个贝壳在沉积物硬化成岩之前就被压入海底，它的外表特征就会留下压印（阴模）。若是阴模厥后又被另外一种物质充填，就形成阳模。阳模能显示出贝壳原来的外部特征。外部阴模显示的是生物体硬部分的外部特征，内部阴模显示的是生物体坚硬部分的内部特征。
