过程中生物遗体将经历一系列物理作用和化学作用的改造，但是化石仍然保留着生物面貌及部分生物结构。古代生物中绝大部分死后都腐烂毁坏，或为其他生物所食，不易保存。一般只有具备硬体的生物，死后又很快地被沉积物所掩埋，再经石化作用而保存为化石，所以化石多是生物的硬体部分。
水生生物保存化石的机会又远较
陆生生物为多。但在密封、冷冻等一些特殊条件下，也可将古代生物完整地保存下来，如冻土层中的
猛犸象，煤层内
琥珀中的昆虫等。化石化作用还包括形成模铸化石的各种作用等。
化石化作用是指随着
沉积物变成岩石的成岩作用，埋藏在
沉积物中的生物遗体而经历了
物理作用和
化学作用的改造，但是仍然保留着生物面貌及部分生物结构的作用。
矿物质填充作用是指，某些
无脊椎动物外壳或
脊椎动物骨骼中的
有机物分解消失以后留下了中空的部分，在地层下被埋藏日久以后，溶解在地下水中的矿物质（主要是
碳酸钙）往往在其孔隙中经
重结晶作用变成了较为致密、坚实、并且增加了重量的实体化石。
交替作用是指，生物硬体的组成物质在埋藏情况下被逐渐溶解，再由外来矿物质逐渐补充替代的过程。在这个过程中，如果溶解和交替速度相等，而且以分子相交换，就可以保存原来的细微结构。如
硅化木。常见的交替物质有
二氧化硅、
方解石、白云石、黄铁矿等，相应的过程就可以叫做
硅化、方解石化、
白云石化和
黄铁矿化。
升馏作用是指
古生物遗体在被埋藏之后，不稳定成分
分解、可挥发物质往往首先挥发消失，最后只留下碳质薄膜而保存下来的过程。这个过程也称为“
炭化”。