古生物的遺骸，只有在冷藏，在冰原中埋藏，或在其他適宜條件下，才能夠儲存其柔軟部分或柔軟部分的痕跡。除這些特殊情況以外，大多數化石是硬質部分，主要由碳酸鈣、磷酸鈣、矽酸、幾丁質、纖維素等物質構成，在埋藏中受矽化（silicification）、鈣化（calcification）、碳化（carbonization）黃鐵礦化（pyritization）、褐鐵礦化（limonitiza－tion）等化學作用。這個過程稱為石化作用或石化。

過礦化作用或浸染作用：指生物硬體內的空隙為地下水中所含礦物質填充的過程。生物硬體中的有機物常在埋藏以後散失殆盡，使原來硬體變得疏鬆多孔，這些孔隙隨後被溶於水中的礦物質充填，使硬體構造得以儲存，並增加了重量。

置換作用或石化作用：指埋藏於沉積物中的生物遺體被溶於地下水中的礦物質所填充或交代變成石質，由於溶解和填充速度相等，並以分子相互交換，所以雖然化石的化學組成改變了，但仍儲存生物原有構造的作用。主要的置換礦物是方解石（鈣化）、石英（矽化作用）和黃鐵礦（黃鐵礦化）等。另外：赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、甚至矽酸鹽和磷酸鹽礦物等也可能成為置換礦物。

炭化作用：生物遺體易於揮發的成分如氮、氫、氧等被溶解或揮發逸去，僅留下炭質薄膜儲存為化石的作用，稱炭化作用。