化石是由地质历史时期生物的遗体或其生活活动的遗迹被沉积物埋藏之后，在沉积物的压实、固结成岩的过程中，经过化石化作用形成的。
那么，是不是所有生物的遗体，或者每种生物所有的组织和器官都能成为化石呢？不是的。化石的形成和保存需要一定的条件。条件不同，所形成化石的类型也不同。
化石的形成在古生物学中称作“化石化作用”，它表明物质从生物圈向岩石圈的转移。化石化作用包括三个阶段：一是留下生物遗体或遗迹，二是这些物质的层积，三是成岩作用。必须指出，在化石化过程中，生物硬体原来的成分可能部分或全部被地下水中的矿物质所取代，或者其中稳定性较低的含氮、含氧物质经分解或升馏作用而挥发消失，仅留下了稳定性高的碳质部分。如植物的叶子化石通常是碳质的薄膜。由于化石的形成和保存需要苛刻的条件，因此，保存在岩层中的化石，实际上只是当时生存生物的非常少的一部分(大大低于1%，这就是化石生物史记录的不完备性。尽管如此，我们仍可通过化石的研究，揭示不同地质历史时期生物界的概貌。