古生物化石是指人類史前地質歷史時期形成並賦存於地層遺跡，包括植中的生物遺體和活動物、無脊椎動物、脊椎動物等化石及其遺跡化石。它是地球歷史的見證，是研究生物起源和進化等的科學依據。古生物化石不同於文物，它是重要的地質遺跡，是中國寶貴的、不可再生的自然遺產。 地質歷史時期的古生物遺體或遺跡在被沈積埋藏後可以隨著漫長地質年代裏沈積物的成巖過程石化成化石。但是，並不是所有的史前生物都能夠形成化石。化石的形成過程及其後期的保存都要求壹定的特殊條件。
化石的形成及保存首先需要壹定的生物自身條件。具有硬體的生物保存為化石的可能性較大。無脊椎動物中的各種貝殼、脊椎動物的骨骼等主要由礦物質構成，能夠較為持久地抵禦各種破壞作用。此外，具有角質層、纖維質和幾丁質薄膜的生物，例如植物的葉子和筆石的體壁等，雖然容易遭受破壞，但是不容易溶解，在高溫下能夠炭化而成為化石。而動物的內臟和肌肉等軟體容易被氧化和腐蝕，除了在極特殊的條件下就很難保存為化石。
化石的形成和保存還需要壹定的埋藏條件。生物死亡後如果能夠被迅速埋藏則保存為化石的機會就多。如果生物遺體長期暴露在地表或者長久留在水底不被泥沙掩埋，它們就很容易遭到活動物的吞食或細菌的腐蝕，還容易遭受風化、水動力作用等破壞。不同的掩埋的沈積物也會使生物形成化石並被保存的可能性及狀況產生差別。如果生物遺體被化學沈積物、生物成因的沈積物和細碎屑沈積物（指顆粒較細的沈積物）所埋藏，它們在埋藏期就不容易遭到破壞。但是如果被粗碎屑沈積物（指顆粒較粗的沈積物）所埋藏，它們在埋藏期間就容易因機械運動（粗碎屑的滾動和摩擦）而被破壞。在特殊的條件下，松脂的包裹和凍土的掩埋甚至可以保存完好的古生物軟體，為科學家提供更為全面豐富的科學研究材料，琥珀裏的蜘蛛和第四紀凍土中的猛獁象就是這樣被保存下來的。
時間因素在化石的形成中也是必不可少的。生物遺體或是其硬體部分必須經歷長期的埋藏，才能夠隨著周圍沈積物的成巖過程而石化成化石。有時雖然生物死後被迅速埋藏了，但是不久又因沖刷等各種自然營力的作用而重新暴露出來，這樣它依然不能形成化石。
沈積物的成巖作用對化石的形成和保存也很有影響。壹般來說，沈積物在固結成巖過程中的壓實作用和結晶作用都會影響化石的形成和保存。其中，碎屑沈積物的壓實作用比較顯著，所以在碎屑沈積巖中的化石很少能夠保持原始的立體狀態。化學沈積物在成巖中的結晶作用則常常使生物遺體的微細結構遭受破壞，尤其是深部成巖、高溫高壓的變質作用和重結晶作用可以使化石嚴重損壞，甚至完全消失。 18、19世紀之交，博物學家通過對化石的觀察發現，越古老的地層中的化石生物與現代生物的面貌差別越大，越年輕的地層中的化石生物與現代生物的面貌差別越小。這壹發現為生物進化論思想的產生直接提供了啟迪。隨後，壹代又壹代的科學家通過對不斷發現的越來越多的生物化石的研究，根據它們形態特征上的異同將各門類生物之間的親緣關系了解得越來越清楚。在此基礎上，科學家進壹步的研究使得我們對各種古生物的生活方式、進化的規律和機制等有了更深入的了解。
微體古生物學是20世紀由於工業迅速發展而形成的壹個古生物學新分支，主要研究對象是那些微小的化石生物，例如有孔蟲、放射蟲、幾丁蟲、介形蟲、溝鞭藻和矽藻等門類，以及某些古生物類別的微小器官化石，如牙形石、輪藻和孢粉（植物的孢子和花粉）等。其中，孢粉的研究在劃分對比非海相地層（即除了海洋性地層之外的所有其它地層）和研究古氣候、古地理和古植被等方面具有特殊的意義。
在化石研究的基礎上，古生態學家可以通過研究古生物與古環境的相互關系，了解地質歷史各時期古生物的生活方式、生活條件、生命活動的遺跡、生物及其器官的形態功能、古生物死亡後的埋藏過程和機理等問題。
理論古生物學家通過研究大量的化石資料，探討物種形成、類別的分異、進化的方式、進化的速率和進化機制等生物進化的規律。古生物地理學家則通過大量化石生物的對比研究來了解地質歷史各時期動物群和植物群的地理分布等問題。
此外，諸如生物地層學、分子古生物學、古生物化學以及古仿生學等邊緣學科的研究也都離不開古生物化石。由此可見，古生物學的方方面面以及相關的壹些學科領域的科學研究都離不開古生物化石。
除了科學研究之外，化石的審美價值、文化價值和社會價值也很大。許多造型美觀的化石即是自然遺產，又是天成的藝術品。國外發達國家許多普通人都是化石的愛好者和收藏家，通過收藏化石，即了解了自然歷史等科學知識，又起到了修身養性、陶冶情操的作用；近年來隨著中國經濟的發展和人民生活水平的提高，也出現了壹批化石愛好者和收藏家，他們的活動不僅起到了壹定的科學普及效應，而且還在很大程度上促進了古生物學的發展呢。例如，近年來中國遼西發現的許多轟動世界的古生物學大發現，最初或多或少地都與壹些化石收藏家有關。不過，中國目前的化石收藏市場還很不規範，私人收藏對科學研究雖然起到了壹些正面的積極作用，但是也為亂采濫挖、珍貴化石走私等埋下了隱患。因此，切實可行的有關珍貴化石保護和化石收藏市場規範化的法規和制度必須健全。
中國古代先民在幾千年前就對化石有所認識，中醫裏壹直把化石作為壹種藥材——龍骨，用來醫治某些疾病。但是龍骨的采挖和藥用確實對珍貴的化石資源是壹種巨大的破壞。在知識經濟時代的今天，應該認識到化石的科學價值和人文價值遠遠大於其醫用價值；而且，龍骨所能夠起到的那些醫療作用早已能夠被許多新發明的藥劑所取代，因此，該到了把龍骨開除出醫學界的時候了。 1.實體化石
實體化石是由古生物遺體本身的全部或部分（特別是硬體部分）保存下來而形成的化石。
在能夠避開空氣氧化作用和細菌腐蝕作用的特別適宜的情況下，有些生物的遺體能夠比較完好地保存而沒有顯著的變化。例如，西伯利亞發現的壹些保存在凍土裏的曾經生存在2萬5千年前的第四紀的猛獁象，不僅骨骼保存完整，而且皮膚、體毛、血肉、甚至胃裏的食物都保存完好。在波蘭的斯大盧尼發現的曾經在1萬年前不慎掉入瀝青湖中的披毛犀的整體化石是迄今所知的最完整脊椎動物動物化石。在中國撫順煤礦形成於始新世至漸新世（大約5600萬年前到2300萬年前）的煤層裏含有大量的琥珀，其中經常保存有完好精美的蚊子、蜜蜂和等昆蟲化石和蜘蛛化石。
不過，這種沒有經過顯著化石化作用或只是有壹些輕微變化的生物遺體是很少被發現的。絕大多數的生物化石僅僅保留的是其硬體部分，而且都經歷了不同程度的化石化作用。所謂化石化作用是指，隨著沈積物變成巖石的成巖作用，埋藏在沈積物中的生物遺體而經歷了物理作用和化學作用的改造，但是仍然保留著生物面貌及部分生物結構的作用。化石化作用壹般包括礦物質填充作用、交替作用和升餾作用等幾種方式和過程。
舉例來說，無脊椎動物的硬體結構間或多或少留有壹些空隙，比如珊瑚的隔壁間隔、海綿的溝系、有孔蟲的房室、壹些貝殼多孔而疏松的內層、以及脊椎動物的骨骼。尤其是脊椎動物的肢骨，髓質的有機物分解消失以後留下了中空的部分，在地層下被埋藏日久以後，溶解在地下水中的礦物質（主要是碳酸鈣）往往在其孔隙中經重結晶作用變成了較為致密、堅實、並且增加了重量的實體化石。這樣的作用就是礦物質填充作用。
生物硬體的組成物質在埋藏情況下被逐漸溶解，再由外來礦物質逐漸補充替代的過程稱為交替作用。在這個過程中，如果溶解和交替速度相等，而且以分子相交換，就可以保存原來的細微結構。例如世界各地經常發現的矽化木的形成，就是古老樹木中的木質纖維被矽質替代，但是年輪和細胞輪廓等細微結構仍然保存下來的結果。而如果交替速度小於溶解速度，生物硬體的細微構造也會被破壞，最終只保留下來原物的外部形態。常見的交替物質有二氧化矽、方解石、白雲石、黃鐵礦等，相應的過程就可以叫做矽化、方解石化、白雲石化和黃鐵礦化。
升餾作用是指古生物遺體在被埋藏之後，不穩定成分分解、可揮發物質往往首先揮發消失，最後只留下炭質薄膜而保存下來的過程。這個過程也成為炭化。例如，筆石骨骼成分為幾丁質，埋藏條件下經升餾作用後，氫、氮、氧等元素揮發消逸，僅僅留下碳質薄膜。再如，植物的葉子主要成分是碳水化合物，經過升餾作用後往往也只有碳質保存成了化石。
實體化石保存了古生物遺體的全部或部分，所以壹般來說可以為科學家提供最為詳盡的古生物身體形態結構信息，因此是古生物學研究中最主要的材料。
2.模鑄化石
古生物學家把古生物遺體留在巖層或圍巖中的印痕和復鑄物稱為模鑄化石，它們可以根據與圍巖的關系被分為5種類型：印痕化石、印模化石、模核化石、鑄型化石和復合模化石。
印痕化石是生物遺體（主要是軟體部分）因陷落在細碎屑沈積物或化學沈積物中所留下的印痕。腐蝕作用和成巖作用雖然使得遺體本身被破壞，但是印痕卻保存了下來，而且這種印痕還常常可以反映該生物的主要特征。腔腸動物的水母印痕、蠕蟲動物的印痕以及植物葉子的印痕等都屬於印痕化石。
印模化石包括外模和內模兩種。外模是古生物遺體堅硬部分（例如貝殼）的外表面印在圍巖上的印痕，能夠反映原來生物外表的形態及構造特征；內模是殼體的內表面輪廓構造留下的印痕，能夠反映該生物硬體的內部形態及構造特征。例如，雙殼類的兩瓣殼往往是分散保存的，當它們被沈積物掩埋之後，沈積物經成巖過程固結成了巖石，而殼體有時被水溶解，但是卻在圍巖與殼的外表面的接觸面上印下了外模，同時在圍巖與殼的內表面的接觸面上印下了內模。
模核化石分為內核和外核兩種。當腕足動物和某些雙殼類動物死亡之後，它們的貝殼經常兩瓣完整地被埋藏起來，其內部空腔也被沈積物填充，在固結以及殼體被溶解之後，內部留下壹個實體即稱為內核。如果殼內沒有被沈積物填充，當貝殼溶解後就會在圍巖中留下壹個與殼大小相等、形狀壹致的空間；這個空間如果再經過充填，又會形成壹個與原來的殼大小相等、形狀壹致但是成分均壹的實體，這樣的實體就被稱為外核。
當貝殼被沈積物掩埋並且已經形成外模和內核之後，殼質有時會全部溶解，然後又被另外某種礦物質填充，使得填充物象鑄造的模型壹樣保留了原來貝殼的原形和大小，這樣就形成了鑄型化石。
內模和外模重疊在壹起的模鑄化石稱為復合模化石。當貝殼埋藏在沈積物中並形成內模和外模之後，如果貝殼隨後被溶解而在圍巖內留下了空隙，而後由於巖層的壓實作用而使外模與內模重疊在了壹起，復合模化石就形成了。
3.遺跡化石
保留在巖層中的古生物生活時的活動痕跡及其遺物叫做遺跡化石。其中，古生物的遺物又可以成為遺物化石。
遺跡化石很少與留下遺跡的古生物實體化石同時保存，因此很難確定兩者之間的對應關系。遺跡化石能夠充分說明地質歷史時期某些生物的存在及其生活方式，它們使古生物留下的記錄更加豐富，給我們提供了更加全面地了解古生物的線索。
最吸引人的遺跡化石當屬脊椎動物的足跡，根據足跡的大小、深淺和排列情況，科學家能夠推測留下這些足跡的古動物的身體是重還是輕、行走的步態是漫步、快跑還是跳躍。根據足跡上有爪印還是有蹄印，科學家可以推斷這些動物是肉食者還是植食者。坐落在北京動物園附近的中國古動物館內就珍藏著許多大大小小的恐龍腳印，通過這些遺跡化石妳可以想象到在1億年前的地球上恐龍漫步或奔馳在遠古大地上的情景。
此外，常見的遺跡化石還有蠕形動物的爬跡、節肢動物的爬痕、舌形貝和蠕蟲在海底鉆洞留下的潛穴以及某些動物的覓食痕跡等。
遺物化石主要有動物的排泄物（糞化石）或卵（蛋化石）。魚糞化石、鬣狗糞化石、各種各樣的恐龍蛋化石以及鴕鳥蛋化石等遺物化石在中國古動物館裏也都可以看到。
自從古人類出現以後，他們在各個發展時期制造和使用的工具及其它各種文化遺物也都屬於遺物化石。如果妳到我們中國古動物館來，妳會在裏面的“樹華古人類館”裏欣賞到上百件體現著遠古人類智慧的珍貴的舊石器、骨器等遺物化石。本館館主龍子還曾經在壹位農民手中見到過壹件1萬多年前的古人類用猛獁象的骨頭制造的短劍，制作得異常精細，簡直跟近代士兵用的匕首壹樣，血槽裏還殘存著狩獵時沾著的獸血變質後形成的油黑色的殘留物。通過這把短劍，我似乎看到了我們祖先在1萬多年前茹毛飲血的原始生活場景，但我更加感受到了我們祖先利用智慧在嚴酷的生存競爭環境裏拼搏不息的頑強精神。正是靠著這種精神和智慧，我們人類終於壹步步地進化發展到了今天，成為了主宰地球的主人。
4.化學化石
在大多數情況下，古生物的遺體都因遭到破壞而沒有保存下來。但是在某種特定的條件下，組成生物的有機成分分解後形成的氨基酸、脂肪酸等有機物卻可以仍然保留在巖層裏。這些物質看不見、摸不著，但是卻具有壹定的有機化學分子結構，足以證明過去生物的存在。因此，科學家就把這類有機物稱為化學化石。
科學家曾經對3億年前的魚類和雙殼類化石以及1億多年前的恐龍化石進行過化學分析，分析出了7種氨基酸，甚至還在5億年前的古老地層中分析出了氨基酸和蛋白質等有機物。
化學化石的研究對探明地球上生命的起源和闡明生物進化的歷史具有重要的意義；由於不同地質時期各類生物有機成分多有差異，對化學化石的進壹步深入研究對解決生物分類和劃分對比地層都將起到壹定的作用。對化學化石的研究目前仍處於探索階段，但是已經顯露出了巨大的發展前景，因此而產生的壹門新興學科——古生物化學在不久的將來必將會得到迅速的發展並對整個古生物學科帶來巨大的推動作用。 琥珀—古代植物分泌出的大量樹脂，其粘性強、濃度大，昆蟲或其他生物飛落其上就被沾粘。沾粘後，樹脂繼續外流，昆蟲身體就可能被樹脂完全包裹起來。在這種情況下，外界空氣無法透入，整個生物未經什麽明顯變化保存下來，就是琥珀。
中藥店的龍骨—被人們用作中藥的龍骨，其實主要是新生代後期尚未完全石化的多種脊椎動物的骨骼和牙齒石，絕大部分是上新世和更新世的哺乳動物，諸如犀類（Rhinocerotidae）、三趾馬(Hipparion spp.）、鹿類（Cervidae）、牛類（Bovidae）和象類（Proboscidae）等的骨骼和牙齒，甚至偶然還攙雜少量人類的材料。至於視為上品的五花龍骨或五花龍齒，顏色不像壹般呈單調的白、灰白或黃白，而是在黃白之間尚夾雜有紅棕或藍灰的花紋．比較好看，則是象類的門齒。