有條件的地質歷史時期的生物，只有少部分適合地質環境，作為化石保存下來:①生物本身必須具有壹定的硬件，如無脊椎動物的殼和甲殼，脊椎動物的骨骼和牙齒，植物的樹幹、樹葉、孢子和花粉；(2)生物死亡後，必須迅速被沈積物掩埋，以免被生物、機械或化學作用破壞；(3)必須經歷長時間的各種石化作用。如果將生物遺跡就地掩埋，更容易形成完整的化石，如中國山東臨朐中新世山旺組保存的大量完整的動植物化石。另壹方面，生物的屍體可能會受到各種處理。這些埋藏在不同地方的化石壹般都有不同程度的損壞，分選程度較好，有時也有定向排列。以生物遺骸和遺體的埋藏以及化石的形成過程為研究對象的學科稱為埋葬學。
保存類型化石保存類型壹般可分為固體化石、壓鑄化石、遺跡化石和化學化石。(1)實體化石是指保存了古生物全部或部分遺跡的化石，如中國撫順第三紀煤層琥珀中的昆蟲化石，它們是在密閉條件下保存的。西伯利亞第四紀冰期凍土中的猛獁象，在嚴寒冰凍條件下完整保存。而大多數化石只能保存生物堅硬的部分，並且發生了明顯的變化，也就是化石化。甲殼質、殼聚糖-蛋白質或蛋白質的骨骼中的揮發性成分(氧、氫、氮)通過上升和下降而消失，只剩下壹層碳質薄膜，也叫碳化。例如，筆石和植物葉子通過碳化來保存。生物硬件的組成部分被地下水部分溶解，被外來的礦物質所取代，可以保留原有硬件的精細結構，稱為交代作用，如矽化木，其年輪甚至植物細胞的形狀仍能清晰可見。②壓鑄化石是指生物遺跡在底質、圍巖和填充物中留下的印痕和重鑄物。根據化石與其圍巖的關系，可分為印痕化石、印模化石、鑄模化石、復化石等幾種類型。(3)遺跡化石是指古代生物在生命活動過程中，在地表或沈積物內部留下的痕跡和遺跡，如脊椎動物的足跡化石、爬行動物的爬行化石和動物的排泄物或卵化石等。從廣義上講，遺跡化石還包括舊器物時代古人的勞動工具和文物。(4)化學化石是指雖然遠古生物的遺跡未被保存下來，但構成生物的有機成分分解形成氨基酸、脂肪酸等各種有機物質，仍能殘留在巖石中，足以證明遠古生物的存在。這種化石被稱為化學化石。
研究意義18年底到19年初，英國的W·史密斯根據化石的垂直分布建立了化石序列定律。這不僅利用化石確定了地層時代，也為生物進化提供了證據。古生物學家發現，地層級別越高，其包含的化石類別越多，化石的形態結構也越復雜，反映了生物類別由少到多、形態結構由簡單到復雜、由低到高的演化規律。
生物化石的古生態學研究是重建地質歷史古地理和古氣候的重要基礎。每壹個生物都是生活在壹定環境中並適應它的結果。各種生物的習性、行為和身體形態都具有反映環境條件的特征。利用這些特征，可以推斷生物的生存環境，如反映海洋環境的海相化石、珊瑚、有孔蟲等。陸生植物的葉、根和昆蟲反映了大陸環境。根據對壹個地質時期各種生物化石的生存環境和氣候條件的研究，可以推斷出那個時期的海陸分布、海岸線位置以及湖泊、河流、沼澤的範圍。古環境和古氣候的重建對於了解地質歷史非常重要。此外，生物的堅硬部分還可以形成反映古環境和古氣候的巖石標誌，如反映海岸環境的貝殼巖石、反映低緯度暖海環境的生物礁、反映潮濕沼澤環境的泥炭或煤等等。
大量化石資料的收集也為古生物學的系統分類提供了基礎。現代生物是由古代生物經過漫長的地質時期發展而來，各種生物之間存在不同程度的親緣關系，從而建立起反映生物界親緣關系和進化的自然分類體系。
和現代生物壹樣，化石壹般分為兩類:低級原核生物和高級真核生物。* *有五個界，即界、原生動物、真菌、植物和動物，在它們之下是門、綱、目、科、屬和種。
因為生物從低級發展到高級再到現代，地質歷史上不同時期的生物類別是不壹樣的，每個時期的化石群都與當時的生物類別有關。不同的地質時期有其發達的生物群，生物群也有各自的特征化石群。壹些群體在這壹時期占主導地位，而另壹些群體則在這壹時期衰落或滅絕。總之，按照時間的進程，生物種類和化石類群的變化，展現了生物進化的系統發展史。