化石根據其可以保存的特點，可以分為實體化石、模鑄化石、遺跡化石和化學化石四類。
1.實體化石
指生物的遺體或其壹部分保存為化石。在極為特殊的情況下，由於密封、冷藏、幹燥等條件避開了空氣的氧化和細菌的腐蝕，其硬體和軟體未遭受變化，可以比較完整地保存下來的化石。例如猛獁象（1901年在第四紀冰期西伯利亞凍土層中發現，其生存於距今25000年以前，不僅骨骼完整，連皮、毛、血肉，甚至胃中食物都保存完整）（圖1-2）。又如我國撫順煤田古近系撫順群（始新統至漸新統）琥珀中常見保存完整的蚊、蜂和蜘蛛等昆蟲化石（圖1-1）。此外，氣候幹燥使生物體失去水分而被保存為幹屍（木乃伊）。
2.模鑄化石
是生物遺體在底質或圍巖中留下的各種印痕和復鑄物。雖然並非實體本身，但卻能反映生物體的主要特征。按其與圍巖的關系分為以下四種類型：
印痕 專指生物死後，遺體沈落在松軟細密底層上留下的印痕（impression）。生物遺體已損毀消失。常見的印痕化石有植物葉片、動物觸角、腔腸動物的水母等。
印模 主要指生物硬體（如貝殼等）在圍巖上印壓的模（mold）。可分外模和內模。外模是硬體外表的印模；內模是硬體內表的印模。印模化石都能反映原物的形態構造特征，但其上的紋飾構造則與原物表面凹凸相反。
核 核化石含有整體之意，能反映生物形態、大小、紋飾等特征。核有內核、外核之分。有的生物如雙殼類（圖1-4），閉合的雙殼中軟體腐壞消失留下的空間，為泥沙所填充，形成與原空間形狀大小相等的完整實體，是為內核（internal core）。內核的表面亦即內模。同樣，如果殼內空間尚未充填而其空間恬與原殼空間同形等大，此空間若再被填充，圍巖上原印壓的外模，反印於填充物之上，即形成與原殼形狀大小壹致而成分均壹的整體，稱為外核（external core），亦可稱為復型（replica），即原殼體的復型。
鑄型 生物殼體埋於沈積物中，已形成外模和內核，然後殼體被溶蝕，所留空隙再為其他物質填充，即成為原來生物遺體的鑄型（cast）。鑄型與外核表面壹致，皆與未變或變化實體化石相似，但未保存遺體內部構造，且成分與原物完全不同。鑄型與外核區別為後者不含內核。
圖1-4 模鑄化石及其形成過程
（據譚光弼等，1983）
1—雙殼類閉合的殼瓣及軟體；2—軟體腐壞消失，殼被掩埋；3a—殼內空間被填充；4a—殼被溶蝕，形成內核；3b—殼內未填充，殼被溶蝕，4b—整個空間被填充而形成外核（復型）；3c—殼內空間被填充，4c—殼被溶蝕，且空隙填以其他物質，形成鑄型
3.遺跡化石
保留在巖層中的生物生活活動的痕跡和遺物被稱為遺跡化石。遺跡化石對於研究生物活動方式和習性，以及恢復古環境有重要意義。
遺跡化石中脊椎動物的足跡是最吸引人的。從足跡上看是爪印還是蹄印，可推知該動物是食肉的還是食草的。我國曾發現不少足跡化石，如陜西神木東山崖侏羅系的禽龍足跡（圖1-5，1）是最大的足跡化石之壹。
無脊椎動物中蠕形動物的爬跡，舌形貝和蠕蟲類的潛穴，以及壹些生物的覓食跡（圖1-5，2）都是常見的遺跡化石。
圖1-5 遺跡化石
（據武漢地質學院古生物教研室，1980）
1—禽龍足跡化石（×0.1）；2—蠕蟲覓食跡（右圖是左圖的局部放大）；3—魚糞化石（產於貴州桐梓，白堊系，約×0.78）；4—北京周口店山頂洞人的石器
遺跡化石還包括動物的排泄物或卵（蛋化石）。各種動物的糞團、糞粒還可形成糞化石。魚糞化石（屬於糞團化石中的壹種）比較常見，如貴州桐梓青杠哨白堊系中找到的魚糞化石（圖1-5，3）。鑒定糞化石可以根據形態、大小、物質成分進行，如螺旋狀的糞化石就可能是具有螺旋瓣腸道的魚類排泄物。爬行類和鳥類的蛋化石比較常見。我國白堊紀地層中的恐龍蛋化石是世界著名的，在山東萊陽地區以及廣東南雄均發現成窩壘疊起來的恐龍蛋化石。我國黃土高原第四紀的土質地層裏也常發現完整的鴕鳥蛋化石。
自從人類出現以後，古代人類的勞動工具、文化遺跡等可歸屬於化石，但須指出這是指舊石器時代的遺物。例如，北京山頂洞人使用過的石器（圖1-5，4）和骨器等。而新石器時代的遺物，壹般屬於文物考古的範疇。
4.化學化石
地史時期生物有機質軟體部分雖然遭受破壞未能保存為化石，但分解後的有機成分，如脂肪酸、氨基酸等仍可殘留在巖層中。這些物質仍具有壹定的有機化學分子結構，雖然常規方法不易識別，但借助於壹些現代化的手段和分析儀器，仍能把它們從巖層中分離或鑒別出來，進行有效的研究。目前，人們已從巖層中分離出多糖、核苷酸、嘧啶、烴類和各種氨基酸。這些重大進步，推動了當代分子古生物學、古生物化學和生物成礦作用等新興學科的迅速發展，對探索生命起源，闡明生物發展歷史，以及對生物成因的礦產的探查和研究都有重要意義。
5.化石的采集
野外采集化石時，應結合地質勘查工作進行，壹般應選擇地質構造簡單和較為完善的地質剖面，按巖層生成順序自下而上進行。
在詳細記錄每壹巖層的巖性、產狀、接觸關系、厚度及壹些特殊的無機因素標誌（波痕、幹裂、雨痕等）的同時，逐層采集化石並按層序編錄，指出化石在剖面中的位置。
化石在巖層中的分布不均勻，有時集中在個別層位，甚或不大的透鏡體中，要細心觀察以免遺漏重要的化石層位。采集時各門類化石均應盡量采集，數量要多，包括完整的化石、特征明顯的碎片以及外模和內核等標本。在采集時還應註意各類化石的數量比例、分布狀況（均勻或集中）、保存程度、排列方位、生活遺跡等資料。
每壹化石標本均應附有標簽，記錄編號、產地層位等，並妥善包裝運回室內。