保存在地殼巖石中的古代動物或植物的遺骸或表明遺骸存在的證據被稱為化石。
簡單來說，化石是由生活在遙遠過去的生物的遺骸或殘骸變成的石頭。在漫長的地質時代，地球上已經生活著無數的生物。這些生物死後的遺骸或生命都是留下的痕跡，很多都被當時的泥沙掩埋了。在隨後的歲月裏，這些生物遺骸中的有機物被完全分解，堅硬的部分，如貝殼、骨骼、枝葉等，與周圍的沈積物壹起石化成了石頭，但其原有的形狀和結構(甚至壹些細微的內部結構)依然保留；同樣，那些生物活著時留下的痕跡也可以這樣保存下來。我們稱這些化石為生物遺骸和遺骸化石。
Fossil這個詞來源於拉丁語“fossilis”，意思是挖出。大多數化石都是史前生物的堅硬部分，可以保存下來，這些生物生活在化石收藏區。
歷史上的化石
在早期有記載的人類歷史中，壹些希臘學者對沙漠和山區存在魚類和海洋貝殼感到非常困惑。公元前450年，希羅多德註意到埃及沙漠，並正確地認為地中海已經淹沒了那個地區。
公元前400年，亞裏士多德宣布化石是由有機物形成的，但化石被埋藏在巖石中是地球內部神秘塑性力量的結果。他的壹個學生提奧夫拉斯圖斯(約公元前350年)也提出化石代表了壹些生命形式，但他認為化石是由埋在巖石中的種子和卵發展而來的。斯特拉波(約公元前63年至公元20年)註意到了海平面以上的海洋化石的存在，並正確地推斷出含有這種化石的巖石曾被大大擡升。
在中世紀的黑暗時代，人們對化石有各種各樣的解釋。人們要麽把它們解釋為自然界的奇怪現象，要麽把它們解釋為魔鬼的特殊創造和設計來迷惑人們。數百年來，這些迷信和宗教權威的反對阻礙了化石研究。15世紀初，化石的真正起源被普遍接受。人們明白化石是史前生物的遺骸，但仍認為是基督教《聖經》中記載的大洪水的遺骸。科學家和神學家之間的爭論持續了大約300年。
文藝復興時期，幾位早期的自然科學家，著名的達芬奇，談到了化石。他堅持認為洪水不能對所有化石負責，也不能解釋為什麽化石會出現在山裏。科學家們堅信化石是遠古生命無可爭議的證據，海洋曾經覆蓋了意大利。他認為，古代動物的遺骸被深埋在海底，在後來的某個時刻，海底隆起海面，形成了意大利半島。18世紀末19世紀初，化石的研究奠定了堅實的基礎，形成了壹門科學。從那以後，化石對地質學家來說變得越來越重要。化石主要發現於海洋沈積巖中。當海水中的沈積物，如鈣質軟泥、砂和貝殼層被壓實並膠凝成巖石時，就形成了海洋沈積巖。只有罕見的化石出現在火山巖和變質巖中。火山巖曾經是熔融的，裏面沒有生命。變質巖發生了很大的變化，使得原巖中的化石普遍消失。然而，即使在沈積巖中，保存下來的記錄也只是史前動植物的壹小部分。如果考慮到化石形成過程中所需的苛刻條件，就不難理解為什麽只有壹小部分史前動植物保存在沈積巖中。
形成條件:
雖然壹個生物能否形成化石取決於很多因素，但有三個因素是基本的:
(1)有機物必須有堅硬的部分，如貝殼、骨頭、牙齒或木質組織。然而，在非洲
即使是非常脆弱的生物，如昆蟲或水母，在通常有利的條件下也能變成化石。
(2)生物必須避免死後立即被毀滅。如果壹個生物體的身體被部分壓碎、腐爛或嚴重風化，就可能改變或取消這個生物體成為化石的可能性。
(3)生物必須被能阻礙分解的東西迅速掩埋。這種埋藏物質的類型通常取決於生物的生活環境。海洋動物的遺骸通常可以成為化石，因為海洋動物死後沈入海底，被泥土覆蓋。在後來的地質時期，泥漿變成了頁巖或石灰石。細顆粒沈積物不容易破壞生物遺跡。在德國侏羅紀的壹些細粒沈積巖中，壹些脆弱生物如鳥類、昆蟲和水母的化石保存完好。
其他情況:
人們已經知道，附近火山落下的火山灰曾經覆蓋了整個森林，有時在森林化石中可以看到站立的樹木，這些樹木壹直以良好的姿態保存著。流沙和瀝青通常能很快掩埋動物。焦油瀝青的作用就像是捕捉野生動物的陷阱，又像是防止動物堅硬部分分解的防腐劑。洛杉磯的蘭喬拉布雷亞瀝青湖(Rancho laBrea asphalt lake)因在其中發現了許多骨骼化石而聞名，其中包括長著鋒利牙齒的野豬、巨型陸地樹懶和其他滅絕的動物。冰河時期存活下來的壹些動物的遺骸被凍在冰裏或凍土裏。顯然，有些冷凍動物是可以保存下來的。
雖然地球上出現過許多未知生物，但只有少數留下了化石。然而，即使滿足了將生物變成化石的條件，仍然有其他原因導致壹些化石從未被發現。比如很多化石被地面侵蝕破壞，或者它的堅硬部分被地下水分解。壹些化石可能保存在巖石中，但由於巖石經歷了強烈的物理變化，如折疊、斷裂或熔化，這種變化可以將含有化石的海相石灰巖變成大理石，任何原本存在於石灰巖中的生物痕跡都將完全或幾乎完全消失。沈積巖中仍有許多化石無法取得進行研究，也有含化石的巖石很好地出露在地球表面，但在地質學上沒有得到研究。另壹個很常見的問題是，生物體的情況可能無法完全顯示出來，因為生物體的遺骸已經成為碎片或保存不良。
此外，我們追溯到過去的時間越長，丟失化石記錄的時間間隔就越長。巖石越老，受到破壞力的機會就越多，化石也就越不可辨認。此外，由於更古老的生物與今天的生物不同，因此很難對它們進行分類，這使得問題更加復雜。然而，盡管如此，大量保存下來的生物化石仍然為我們了解過去提供了很好的記錄。
動物和植物可以通過許多不同的方式變成化石，但哪種方式通常取決於:
(1)生物的原始構成
(2)它生活的地方
(3)影響生物死後殘余物的力。
大多數古生物學家認為，生物遺骸的保存有四種形式，每種形式都取決於生物遺骸的成分或它們所經歷的變化。
生物原本柔軟的部分只有被埋在能防止其柔軟部分分解的介質中才能保存下來。這種介質包括凍土或冰、富含石油的土壤和琥珀。當壹個生物在非常幹燥的條件下變成木乃伊時，它還能保留身體原有的柔軟部分。這種情況壹般只發生在幹旱地區或沙漠地區，遺體不會被野生動物吃掉。
也許最著名的動物軟體化石保存在阿拉斯加和西伯利亞。在這兩個地區的苔原上發現了大量冷凍的長毛猛獁象遺骸——壹種已經滅絕的大象。其中壹些龐然大物已經被埋藏了25000年。當凍土融化時，猛獁象的遺骸就露出來了。還有壹些屍體保存的很差。當它們暴露在外時，它們的肉被狗吃掉，象牙被象牙商轉賣。猛獁象的皮毛現在在許多博物館展出，其中壹些博物館將猛獁象的肉或肌肉保存在乙醇中。
在波蘭東部的含油土壤中也發現了生物身體的柔軟部分，那裏有保存完好的滅絕犀牛的鼻角、前腿和部分皮膚。在新墨西哥州和亞利桑那州的洞穴和火山口發現了天然的地懶木乃伊。這裏極度幹燥的沙漠氣候可以使動物的所有軟組織在腐爛前脫水，可以保存壹些皮膚、毛發、肌腱、爪子等。
生物變成化石的壹種更有趣、更不尋常的方式是將它們保存在琥珀中。古老的昆蟲可以被壹些針葉樹分泌的粘液捕獲。當松節油變硬並進壹步變成琥珀時，昆蟲就呆在裏面了。有些昆蟲和蜘蛛保存得非常好，甚至可以在顯微鏡下研究它們的細毛和肌肉組織。
雖然生物軟組織的保存形成了壹些有趣而驚人的化石，但這種方式形成的化石卻比較少見。古生物學家經常研究保存在巖石中的化石。
生物體上的硬組織也可以保存下來。幾乎所有的植物和動物都有壹些堅硬的部分，如蛤蜊、牡蠣或蝸牛；脊椎動物的牙齒和骨骼；螃蟹的殼和植物的木質組織可以變成化石。因為生物的堅硬部分是由能抵抗風化和化學作用的物質構成的，所以這類化石分布很廣。蛤蜊、蝸牛和珊瑚等無脊椎動物的外殼是由方解石(碳酸鈣)構成的，它們中的許多都保留了下來，幾乎沒有或沒有發生物理變化。脊椎動物的骨骼和牙齒以及許多無脊椎動物的外骨骼都含有磷酸鈣。因為這種化合物非常抗風化，所以很多由磷酸鹽組成的物質也可以保存下來，比如保存完好的壹顆魚牙。二氧化矽制成的骨骼也有這種特性。微體化石的矽質部分和壹些海綿通過矽化作用成為化石。其他生物有幾丁質(壹種類似指甲的物質)，節肢動物等生物的幾丁質外骨骼可以成為化石。由於其化學成分和掩埋方式，這種物質以碳膜的形式保存下來。碳化(或蒸餾)發生在生物掩埋後緩慢腐爛的過程中。在分解過程中，有機物逐漸失去氣體和液體成分，只剩下碳質薄膜。這種碳化和煤的形成是壹樣的。在許多煤層中可以看到大量的碳化植物化石。
在許多地方，植物、魚類和無脊椎動物都以這種方式保存了它們的化石。
壹些碳膜精確地記錄了這些生物最細微的結構。
化石也可以通過礦化和石化保存下來。當礦化的地下水在生物堅硬部分所在的空間沈積礦物質時，生物堅硬部分變得更加堅硬，更耐風化。常見的礦物有方解石、矽石和各種鐵化合物。所謂置換或礦化，就是生物體堅硬的部分被地下水溶解，而其他物質在騰出的位置沈澱下來的過程。壹些移位化石的原始結構被移位的礦物破壞了。
不僅動植物的遺骸可以形成化石，表明它們曾經存在過的證據或痕跡也可以形成化石。遺跡化石可以提供關於這種生物特征的大量信息。很多生物的貝殼、骨頭、樹葉等部分都可以以公模母模的形式保存下來。如果在沈積物硬化和巖石化之前將貝殼壓入海底，其外部特征將被壓印(陰模)。如果陰模後來被另壹種物質填充，就形成了陽模。陽模可以顯示殼體的原始外部特征。外陰模表現生物體硬部的外部特征，內陰模表現生物體硬部的內部特征。
壹些動物以標記、印跡、腳印、洞和洞的形式留下了它們存在的證據。
例如，腳印不僅可以表明動物的種類，還可以提供環境信息。恐龍的足跡化石不僅揭示了它的腳的大小和形狀，還提供了它的長度和重量的線索。有腳印的巖石還可以幫助確定恐龍生存的環境條件。世界上最著名的恐龍足跡化石是在美國得克薩斯州薩默維爾縣羅斯鎮附近的帕盧斯河床白堊紀晚期石灰巖中發現的，距今約1.1億年。帶有恐龍足跡的大型石灰巖板已經被運送到世界各地的博物館，成為這種巨大爬行動物的無聲證據。無脊椎動物也會留下痕跡。它們可以在許多砂巖和石灰巖礦床的表面找到。無脊椎動物的蹤跡從簡單的蹤跡到螃蟹和其他爬行動物的洞穴都有。
這些足跡為這些生物的移動方式和它們的生活環境提供了證據。洞穴是動物在地下，用木頭、石頭和其他能打洞的物質做成的管狀或圓形的洞，用於躲藏和覓食。如果後來填充了精細的物質，可能會保存下來。偶爾，在充滿洞穴的沈積物中可以找到逃出洞穴的動物的遺骸。蠕蟲、節肢動物、軟體動物和其他動物可以呆在柔軟海底的洞穴裏。壹些軟體動物，如海難，壹種鉆木頭的蛤蜊，和Litho-domus，壹種鉆鉆石的蛤蜊，經常可以找到它們的洞穴化石和鉆孔化石。在已知最古老的化石中，有壹種管狀結構，被認為是蠕蟲的洞穴。這種管狀結構存在於許多最古老的砂巖中。
鉆孔是壹些動物為了覓食、依附和隱藏而挖的洞。鉆孔經常出現在化石外殼、木頭和其他生物的化石上。鉆孔也是壹種化石。像鉆蝸牛這樣的內食性動物可以在其他動物的殼上鉆洞，吃掉它們柔軟的部分。許多古老的軟體動物可以在它們的殼上看到整齊的孔，看起來像鉆蝸牛。
化石對於追溯動物和植物的發展和進化是有用的，因為較老的巖石中的化石通常是原始和簡單的，而較新的巖石中的類似物種的化石是復雜和先進的。
壹些化石作為環境的指示器很有價值。例如，造礁珊瑚似乎總是生活在與今天相似的條件下。因此，如果地質學家發現珊瑚礁化石——珊瑚最初被埋葬的地方，那麽有理由認為這些含有珊瑚的巖石是在溫暖且相當淺的海洋中形成的。這使得勾勒出史前時期海洋的位置和範圍成為可能。珊瑚礁化石的存在還可以指示古水體的深度、溫度、底部狀況和鹽度。
化石更重要的用途是用於對比——確定幾個巖層之間的密切關系。通過對比或比較各種地層中所含的特征化石，地質學家可以確定某壹特定地區某些地質構造的分布。有些化石在地質歷史上存在時間很短，但在地理上分布很廣。這種化石被稱為指示化石。因為這種化石通常只與某個時代的巖石壹起誕生，所以在對比中特別有用。
微體化石作為石油地質學家的指示化石特別有用。微古生物學家(研究微古生物學的學者)通過清洗鉆孔獲得的巖心，分離出微小的化石，然後在顯微鏡下進行研究。通過研究這些微小的古生物遺跡獲得的數據，對於判斷地下巖層的年代和石油儲藏的可能性非常有價值。微體化石對世界油田的重要性，從壹些含油層系以壹些關鍵的有孔蟲屬命名可見壹斑。其他微體化石，如介形蟲、孢子和花粉，也用於識別世界其他許多地方的地下巖層。
盡管植物化石對指示氣候非常有用，但它們對地層對比並不十分可靠。植物化石提供了許多關於整個地質時代植物進化的信息。