通過自然作用保存在地層中的古代生物的遺體、遺物、活動遺跡以及生物體分解后殘留在地層中的有機分子。所謂古代生物，一般指全新世開始（距今約10000年）以前的生物；最近1萬年內(nèi)的生物遺體或遺物，不能算是化石。按大小和保存特點的不同，化石可分為七大類，（1）實體化石：指生物的遺體被保存在巖層中所形成的化石，如琥珀中的昆蟲，波蘭斯大盧尼瀝青湖中的披毛犀化石，恐龍的骨骼化石，古植物形成的硅化木化石等。（2）鑄模化石：指生物遺體在巖層或圍巖中留下的印模和復鑄物，其中第一類叫印痕化石，即生物陷落在沉積物中留下了印痕，其遺體雖遭到破壞，但印痕卻保留下該生物的主要特征，如水母的印痕、蠕蟲的印痕、植物葉子的印痕等；第二類是印模化石，包括外模與內(nèi)模兩種，外模是遺體的堅硬部分（如貝殼）的外表印在圍巖上的印痕，能反映原生物的外部形態(tài)，內(nèi)模指殼體內(nèi)面輪廓留下的印痕，能反映硬殼內(nèi)部的形態(tài)構造。（3）遺跡化石：指古代動物活動時留下的痕跡，如恐龍的腳印化石，蠕蟲的爬跡化石等。（4）遺物化石：主要指動物的糞化石和卵化石，如鬣狗的糞化石，恐龍的卵化石等。（5）化學化石：指生物遺體分解后遺留在巖層中的化學分子，如古代藍藻的葉綠素分子分解后所遺留的卟啉和植烷（C20H42）等，其中最穩(wěn)固的是一種名叫異戊二烯烴（isoprene）的分子：
化學化石需用一定的化學方法方能檢出。（6）微體化石：指需在顯微鏡下方能看見的個體微小的古生物化石或大生物體內(nèi)某些微小部分的化石，如有孔蟲、放射蟲、孢子、花粉、牙形石等。（7）超微化石：指需在電鏡下方能觀察研究、大小在10微米以下的特別微小的化石，如古代的超微浮游生物化石等。