Los fósiles son restos de organismos o huellas de la actividad de organismos que vivieron en pasadas épocas. Cuando los seres vivos mueren, las partes blandas se descomponen rápidamente, y las partes duras desaparecen en más o menos tiempo. Este es el proceso normal.
Sin embargo, si el ser es cubierto rápidamente por sedimentos con propiedades físicas y químicas adecuadas, esos mismos depósitos impiden el aporte de oxígeno, evitan la destrucción mecánica y frenan o detienen la descomposición.
Las conchas sólidas y esqueletos suelen entonces permanecer, mientras que el resto pasa a formar parte de los sedimentos y sufre la modificación que conduce a su transformación en piedra.
Al descomponerse la materia orgánica, las partes duras se vuelven porosas y permiten el paso de las soluciones minerales que circulan por la roca.

Las fosilizaciones más habituales son en carbonato cálcico, fosfato de calcio, sílice, pirita, limonita, hematites, ámbar, etc...
Las plantas y caparazones quitinosos aparecen carbonizados habitualmente, ya que la celulosa en ausencia de oxígeno se descompone en gas carbónico y metano, que suele escapar, quedando tan solo el carbono.