當動物、植物或其他生物死亡時，通常會完全分解或消失。但有時候，在條件成熟時，會被完整儲存下來，成為化石。

根據調查資料， 幾種不同的物理和化學過程會產生化石的形成

冷凍（類似常年冰雪），乾燥（類似沙漠）、包裹（類似樹脂），可以產生儲存身體組織的“化石”，但這些型別的化石非常罕見。

大多數生物透過其他方式的改變，變成化石

埋藏在沉積物中的熱量和壓力會導致生物體的組織（如植物的葉子、魚），爬行動物和海洋無脊椎動物的軟體部分。透過釋放氫和氧，留下碳殘留物。

這個過程為碳化或蒸餾，生物產生在沉積岩中，稱為“碳印象”。

最常見的叫做礦化或石化，生物體的軟組織在沉積物中腐爛後，殘留的部分，特別是骨骼，被遺留下來形成。

水滲入殘留物，溶解在水中的礦物滲入殘留物內的空間，形成晶體。這些結晶礦物質使得剩餘物與包裹的沉積岩一起硬化 。

另一種化石過程，稱為替代，地下水中的礦物質在水完全溶解有機體的原始硬質部分後，代替構成身體殘留物的礦物質。

當沉積物或礦物質填充生物體的內部空腔（例如殼或顱骨）時，形成內部“模具”，並且殘餘物溶解，最終形成化石。

近年來，研究人員發現，一些化石不僅僅是礦物質。分析顯示，一些仍保留著有機物，符合白堊紀時期，這些有機物質屬於恐龍。

研究人員表示，目前尚不清楚有機物質是如何儲存的，可能是類似甲醛的方式，交聯構成蛋白質的氨基酸，使它們更耐朽爛。

此外，砂岩、礦物、沉積物或無機物砂粒，似乎是儲存化石中有機物質的最佳環境。