在地质历史中，经过自然界的作用，保存于地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。大多是茎、叶、贝壳、骨骼等硬体部分，经过矿物质的充填和交代等作用，形成保持原来形状、结构或仅是印模的钙化、硅化、黄铁矿化、碳化等的生物遗体、遗物。也有少数是由于特殊的保存条件而未改变的完整遗体，如冻土中的猛犸、琥珀中的昆虫等。有时在岩层中还保存了古代生物活动的遗迹，如足印、爬迹、穴迹等等。化石是古生物学的主要研究对象。早在五六世纪，中国古籍中已有关于化石的记载。唐颜真卿对螺蚌化石，宋沈括对植物化石和杜绾对鱼化石的本质和来源，都有过比较正确的理解和阐述。参见“微化石”、“超微化石”。