I fossili sono tracce di animali o di piante vissuti in epoche remote, anche milioni di anni fa. Possono essere parti dure di organismi - come gusci, ossa, denti, conchiglie - o impronte di foglie e di piante.Quando un organismo, in particolari condizioni resta seppellito da sabbia e fango. Mentre le parti molli si decompongono, quelle dure possono anche conservarsi: con il tempo i sedimenti le ricoprono e successivamente si induriscono intorno, formando rocce che conservano al loro interno i resti di un animale o di una pianta.
Molto spesso gli animali fossili sono pietrificati: questo accade se l'acqua sotterranea filtra attraverso le rocce e sostituisce progressivamente i resti duri dell'animale con sali minerali, ricostruendone la forma. La composizione chimica dei tessuti cambia completamente, ma la struttura resta intatta. Altre volte questa sostituzione non avviene e delle parti scheletriche resta solo il calco.
Può anche accadere che un animale lasci le sue orme nel fango e che questo, con il tempo, si solidifichi in roccia. E' il caso per esempio delle impronte fossili di dinosauro che si sono talvolta ritrovate, molto utili per determinare non solo l'andatura, ma anche le dimensioni e il peso di questi giganti preistorici. Altre volte gli organismi vengono conservati da resine, come ad esempio l'ambra. Queste sostanze avvolgono l'organismo - di solito un insetto - e si induriscono successivamente custodendo al loro interno il corpo dell'animale che è spesso perfettamente conservato e ben visibile grazie alla trasparenza delle resine. In questo caso la composizione dell'organismo non muta: se un animale morto resta del tutto isolato dall'aria, non si decompone e anche le sue parti molli restano indenni. Qualcosa di simile è successo ad alcuni mammuth siberiani, rimasti ibernati nel ghiaccio per milioni di anni. Quando sono stati ritrovati, le loro carni erano ancora perfettamente intatte.