人們在偶然的機會中，常常會在地下或懸崖峭壁裏發現一些奇怪的物體。這些物體有的像動物，有的像植物，它們不僅石質化了，而且看來似乎是海洋裏的東西，現在卻在高山的石頭中出現了。這就是化石。
人們對化石的認識，曆史悠久，記載也很多。例如：北魏酈道元所著《水經注》，說湘鄉縣石魚山“石色黑而埋若雲母，開發一重，輒有魚形，鱗鰭首尾，宛如刻畫，長數寸，魚形備足”。這是對一種魚化石的記述。唐朝書法家顏真卿在771年寫的《撫州南城縣麻姑山仙壇記》中，提到“壇東北有石崇觀，高石中猶有螺蚌殼，或以為桑田所變”，意思是說高山上的貝殼化石一度是海洋生物，其後經曆了滄海桑田的變化。據說，意大利達·芬奇是歐洲第一個說明化石成因的人，晚我國近千年。這些人是曆史上辨認化石最早的代表，然而他們隻是感到驚奇，才引起注意，並做出簡單的臆想和推斷的。徹底揭示化石本來麵目，對化石真相進行認真研究，還是近二百年來的事。它是隨著古生物學發展而產生的。
“化石”這個詞原來字麵的意思是指“挖出來的東西”，而現在指的是石化了的生物（包括動物或植物）的遺留部分。古代的生物被掩埋在沉積物中，這些沉積物可以堆積在陸地上，也可以堆積在江、湖、河、海的水底，還可以堆積在沼澤地。生物體中的軟組織部分（皮膚、肌肉、內髒等）很快就腐爛了，但是堅硬的部分（如骨骼、牙齒、外殼等）被遺留下來，經過了幾萬年、幾十萬年、幾百萬年甚至更長的時間，含有礦物質的地下水侵入了它們，礦物質就逐漸代替了它們的有機組織，也就是說逐漸形成了化石，化石仍然保持了原來有機組織的形狀和大小。由於不同時期的化石存在於不同的地質層中，科學家就可以據此分析生物進化的過程，也可以通過對化石的分析，用比較解剖學的原理，從不完整的骨骼化石推測出整個動物的大小、形狀乃至於它們的習性。
形成化石，並且能夠很好地保存下來，是要一定條件的。就生物本身而言，最好具有骨質的硬體，隻有硬體才容易形成化石。肌肉等軟體，隻有在特定的條件下才能保存為化石。從外界環境來說，最好有掩蓋物質把遺體迅速埋藏起來，以免生物、機械和化學的破壞。一般來說，掩蓋物質細膩，沉積環境平靜，又沒有其他破壞因素，容易形成精美的化石。現在，在我國山東臨朐的矽藻土裏，德國索倫霍芬的石灰岩裏，還有世界上其他許多地方，都發現大量罕見的完整化石，原因就是那些地方有著形成化石的良好條件。
為了研究和使用方便，通常把化石歸納為三類：最常見的是實體化石，代表生物的遺體或其中的一部分；第二類是遺跡化石，它是指古代生物生活時所留下的活動痕跡，如高等動物留下的腳印，低等動物移動時的痕跡，某些動物棲身的孔道和洞穴，以及動物的糞便、蛋、珍珠、胃石等等，甚至還包括古人類使用過的石器和骨器；第三類，即化學化石，也就是說古代生物的遺體有一些因腐爛而消失，但是仍然有殘留著的有機物分子，被保存在化石中或摻入沉積岩中，所以有的人也稱這類化石為分子化石。應該指出，在地球曆史的早期，實體化石極其稀少的情況下，化學化石為追溯生命起源，了解生物在分子進化階段的過程起了相當大的作用。
如果我們從化石的保存特點著眼，那麼化石的分類則是另外三種方式了。第一種為未經過變化保存的化石，它們大體上是生物遺體的原來狀態。例如，十幾萬年前在北極地區生活過的猛獁象，現在從凍土裏發掘出來的標本，就好像是剛從大冰箱中取出來似的，不僅筋骨相互連接，就是血肉還是鮮紅的，甚至可以食用。又如我國遼寧撫順煤田的琥珀，雖然已埋藏達4000多萬年之久，但被包裹在鬆脂裏的螞蟻，仍然同活著的差不多。不過，這種未經過變化保存的化石是不多的。
第二種為經過變化保存的化石。大多數古代生物遺體都是經過變化才形成化石的。當動植物死亡後，肌肉等軟體爛掉了，但是骨骼、介殼和木質部等硬體被泥沙掩蓋起來，然後由溶解在水中的礦物質填充了硬體的微孔，久而久之，就變成石頭了。這樣形成化石的過程，稱為“化石化作用”。脊椎動物的骨頭，軟體動物的貝殼，以及許多植物化石都是這樣形成的。
第三種為模鑄化石。是指古代生物遺體留在周圍岩石上的印模，以及遺體溶蝕後留下空隙的充填物。模鑄化石常見於上麵說過的實體化石的圍岩和充填物中。多數遺跡化石（如腳印、孔穴等）都可以模鑄的方式保存下來。
總而言之，化石的種類很多，保存的方式也各不相同，它們現在都成了我們了解遠古時代生命的鑰匙。