化石的形成過程是生物死後被埋在地下，幾萬年以後會轉變成碳酸鈣、硅化石、黃鐵礦、氧化鐵等成分，變得像石頭一樣堅硬。柔軟的面板和肌肉被分解，堅硬的骨頭和粗糙的外皮轉變成化石。
化石是存留在岩石中的古生物遺體、遺物或遺蹟，最常見的是骨頭與貝殼等。動物死亡後，細菌就會分解掉屍體上的各種組織。但若屍體剛好在適當的時間被留在了適當的地點，屍體上某些堅硬的組織如骨骼、殼、牙齒等就可以儲存下來。如果幸運的話，古生物學者可以從一片廢墟中挖出300萬年前的動物牙齒。他們把這些從遠古時代儲存至今的生物標本叫做化石。
化石是古生物學的主要研究對象，它爲研究地質時期的動、植物生命史提供了證據。中國古籍中早已有關於化石的記載，如春秋時代 的計然和三國時代的吳晉，都曾提到山西省產“龍骨”，“龍骨”即古代脊椎動物的骨骼和牙齒的化石。
