保留在巖層中的古生物生活時的活動痕跡及其遺物叫做遺跡化石。古生物的遺物又可以成為遺物化石。
化石（fossil）保存在巖層中的古生物遺體、遺物和活動遺跡。化石壹詞源自拉丁文fossillis，意為挖掘。化石是古生物學的主要研究對象，它為研究地質時期的動、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；《山海經》也有“石魚”（即魚化石）的記述；南朝齊梁時期陶弘景有對琥珀中古昆蟲的記述；宋朝沈括對螺蚌化石和杜綰對魚化石的起源，已有了正確認識。迄今，發現最早的細菌化石為距今35億年前的澳大利亞瓦拉翁納群中的絲狀細菌化石。
形成條件地史時期的生物，只有壹小部分與地質環境相適宜，保存下來成為化石：①生物本身必須具有壹定的硬體，如無脊椎動物的貝殼、甲殼，脊椎動物的骨骼、牙齒，植物的樹幹、葉子和孢子、花粉等；②生物死亡後必須迅速地被沈積物埋藏起來，免遭生物、機械或化學作用的破壞；③必須經過較長時間的各種石化作用。生物遺體如果是原地埋藏，就比較容易形成完整的化石，如中國山東臨朐晚第三紀中新統山旺組中保存大量完好的動、植物化石。另壹種情況是生物死後的遺體可能經受各種搬運作用，這些在異地埋藏的化石，壹般都有不同程度的損壞，分選程度較好，有時還有定向排列現象。以生物的遺體、遺跡的埋藏和化石的形成過程作為研究對象的學科，稱為埋藏學。
保存類型化石保存類型壹般可分為實體化石、模鑄化石、遺跡化石和化學化石。①實體化石是指古生物遺體本身全部或部分被保存下來的化石，如中國撫順第三紀煤層中琥珀內的昆蟲化石，是在嚴密封閉的情況下保存下來的。西伯利亞第四紀冰期凍土中的猛獁象，是在嚴寒冷凍的條件下整體保存的。但多數化石僅能保存生物的硬體部分，而且經受了明顯的變化，即石化作用。具有幾丁質、幾丁—蛋白質或蛋白質骨骼中容易揮發的成分（氧、氫、氮）經升溜作用而消失，僅留下碳質薄膜，因而又稱炭化作用，如筆石和植物的葉子經炭化作用保存下來。生物硬體的組成物質，部分被地下水溶解，由外來礦物質填充代替，就可以保存原來硬體的微細構造，稱為交代作用，如矽化木，其年輪甚至植物細胞形狀仍能清晰可見。②模鑄化石是指生物遺體在底質、圍巖、填充物中留下的印模和復鑄物。根據化石與其圍巖的關系可以分為若幹類型，如印痕化石、印模化石、鑄型化石和復型化石。③遺跡化石是指古代生物生活活動時，在底質沈積物表面或內部留下的痕跡和遺物，如脊椎動物的足跡化石、蠕形動物的爬跡化石和動物的排泄物糞化石或卵化石。廣義的遺跡化石還包括舊古器時代古人類的勞動工具、文化遺物等。④化學化石是指古代生物的遺體雖然未能保存下來，但組成生物的有機成分經分解後形成各種有機物如氨基酸、脂肪酸等，仍可保留在巖層中，足以證明古代生物的存在。這類化石叫化學化石。
研究意義 18世紀末至19世紀初，英國W．史密斯在地層層序律的基礎上，根據化石的縱向分布建立了化石順序律。這不僅利用化石確定地層時代，且為生物進化提供了證據。古生物學家發現地層層位越高，所含化石類別越多，化石的形態構造越復雜，反映了生物類別從少到多、形態構造從簡單到復雜、從低級到高級的進化規律。
生物化石的古生態研究是重建地史時期古地理、古氣候的重要依據。每種生物都是生活在壹定的環境，適應環境的結果。各種生物在其習性行為和身體形態構造上都具有反映環境條件的特征。利用這些特征就可以推斷生物的生活環境，例如海生生物化石珊瑚、有孔蟲等反映海洋環境；陸生植物葉片、樹根、昆蟲等則反映大陸環境。根據壹個地質時期各種生物化石的生活環境和氣候條件的研究，就可以推斷該時期的海陸分布、海岸線位置和湖泊、河流、沼澤的範圍等。古環境和古氣候的重建對地質歷史的了解是十分重要的。此外，生物的硬體部分還可以形成反映古環境、古氣候的巖石標誌，如貝殼巖反映海濱環境，生物巖礁反映低緯度暖海環境，泥炭或煤反映潮濕沼澤環境等。
化石資料的大量收集還為古生物的系統分類提供了基礎。現代生物是古代生物經過漫長的地質時期發展而成的，各種生物之間都存在著不同程度的親緣關系，從而建立了壹個反映生物界親緣關系和進化發展的自然分類系統。
化石的類群古生物與現代生物壹樣，壹般分為低級的原核生物和高級的真核生物兩大類，***有5個界，即原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動物界，界以下依次為門、綱、目、科、屬、種等單位。
由於生物是由低級到高級發展到現代的，地史上各個時期的生物門類都不相同，每個時期的化石類群與當時的生物門類相關。不同地史時期有其發達的生物門類，也就有其特征的化石類群，有些門類在該時期占統治地位，有些門類在該時期衰退或滅絕。總之，按時間的進程，生物門類與化石類群的變化，顯示了生物演化的系統發展歷史。