化石的形成是一种非常复杂的过程

化石形成需要数百万年时间，经历多个地质阶段。生物死亡后，遗体被沉积物迅速掩埋，防止腐烂。随着上层沉积物增加，压力和温度升高，有机物质逐渐被矿物质替代。骨骼中的钙质被硅质或石英替换，形成坚硬的化石印记。火山灰、泥沙等沉积物能为化石提供完美保护环境，如加拿大伯吉斯页岩中的三叶虫化石保留了精细的纹理。

化石形成还涉及特殊的化学环境。缺氧水域能减缓分解过程，使软组织有机会矿化。地下水中的溶解矿物质渗透生物组织，形成模铸和印痕化石。琥珀中的昆虫化石需要树脂快速包裹并硬化。冰川冻土能保存完整有机体，如西伯利亚冻土中的猛犸象化石。极端环境如深海热液喷口周围的特殊化学条件，也能形成独特的化石记录。