化石就是生活在遙遠的過去的生物的遺體或遺跡變成的石頭。在漫長的地質(zhì)年代里，地球上曾經(jīng)生活過無數(shù)的生物，這些生物死亡后的遺體或是生活時遺留下來的痕跡，許多都被當時的泥沙掩埋起來。在隨后的歲月中，這些生物遺體中的有機物質(zhì)分解殆盡，堅硬的部分如外殼、骨骼、枝葉等與包圍在周圍的沉積物一起經(jīng)過石化變成了石頭，但是它們原來的形態(tài)、結(jié)構(gòu)（甚至一些細微的內(nèi)部構(gòu)造）依然保留著；同樣，那些生物生活時留下的痕跡也可以這樣保留下來。我們把這些石化的生物遺體、遺跡就稱為化石。從化石中可以看到古代動物、植物的樣子，從而可以推斷出古代動物、植物的生活情況和生活環(huán)境，可以推斷出埋藏化石的地層形成的年代和經(jīng)歷的變化，可以看到生物從古到今的變化等等。

化石（Fossil）一詞來自拉丁語“fossilis”，意思是挖出來。大多數(shù)化石是史前生物的能保存下來的堅硬部分，而且這些生物是在化石采集地區(qū)生存的。會“說話”的石頭──化石。

在漫長的地質(zhì)年代里，地球上曾經(jīng)生活過無數(shù)的生物，這些生物死亡后的遺體或是生活遺留下來的痕跡，許多都被當時的泥沙掩埋起來。在隨后的歲月中，這些生物遺體中的有機質(zhì)分解殆盡，堅硬的部分如外殼、骨骼、枝葉等與包圍在周圍的沉積物一起經(jīng)過石化變成了石頭，但是它們原來的形態(tài)、結(jié)構(gòu)（甚至一些細微的內(nèi)部構(gòu)造）依然保留著；同樣，那些生物生活時留下的痕跡也可以這樣保留下來。我們把這些石化了的生物遺體、遺跡就稱為化石。通過研究化石，科學(xué)家可以逐漸認識遙遠的過去生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、類別，可以推測出億萬年來生物起源、演化、發(fā)展的過程，還可以恢復(fù)漫長的地質(zhì)歷史時期各個階段地球的生態(tài)環(huán)境。 

在喜馬拉雅山，科學(xué)工作者在這一地區(qū)地層里，找到了許多古海洋動物和植物的化石，如三葉蟲、有孔蟲、鸚鵡螺、菊石、海百合等。這些海洋里的生物為什么會出現(xiàn)在高山地區(qū)呢？經(jīng)過研究考察得知，在３０００萬年前，喜馬拉雅山是一片汪洋大海，由于印度洋板塊北移后與歐亞板塊相撞，古海洋受到擠壓，產(chǎn)生褶皺，最后隆起成山，把那些海洋生物深埋在巖層中，使它們變成化石。

雖然一個生物是否能形成化石取決于許多因素，但是有三個因素是基本的：

（1）有機物必須擁有堅硬部分，如殼、骨、牙或木質(zhì)組織。然而，在非常有利的條件下，即使是非常脆弱的生物，如昆蟲或水母也能夠變成化石。

（2）生物在死后必須立即避免被毀滅。如果一個生物的身體部分地被壓碎、腐爛或嚴重風(fēng)化，這就可能改變或取消該種生物變成化石的可能性。

（3）生物必須被某種能阻礙分解的物質(zhì)迅速地埋藏起來。而這種掩埋物質(zhì)的類型通常取決于生物生存的環(huán)境。海生動物的遺體通常都能變成化石，這是因為海生動物死亡后沉在海底，被軟泥覆蓋。軟泥在后來的地質(zhì)時代中則變成頁巖或石灰?guī)r。較細粒的沉積物不易損壞生物的遺體。在德國的侏羅紀的某些細粒沉積巖中，很好地保存了諸如鳥、昆蟲、水母這樣一些脆弱的生物的化石。

人們已知道，由附近火山落下的火山灰曾覆蓋過整片森林，在森林化石中有時還可見到依然站立的樹，以很好的姿態(tài)被保存下來。流沙和焦油瀝青通常也能迅速把動物掩埋起來。焦油瀝青的行為好象一個捕獲野獸的陷井，又象防腐劑能阻止動物堅硬部分的分解。洛杉磯的蘭喬•拉•布雷（Rancho laBrea）瀝青湖由于在其中發(fā)現(xiàn)許多骨化石而聞名了，在其中發(fā)現(xiàn)的骨化石包括長著銳利牙齒的野豬、巨大的陸地樹獺以及其它已經(jīng)絕滅的動物。在冰期生存的某些動物的遺體被凍結(jié)在冰或凍土之中。顯然，被冰凍的動物有的可以保存下來。

雖然地球上曾有眾多的人們并不知道的生物生存過，而只有少數(shù)生物留下了化石。然而，使生物變成化石的條件即使都滿足了，仍然還有其它原因使得某些化石從未被人們發(fā)現(xiàn)過。例如，很多化石由于地面剝蝕而被破壞掉，或它的堅硬部分被地下水分解了。還有一些化石可能被保存在巖石中，但由于巖石經(jīng)歷了強烈的物理變化，如褶皺、斷裂或熔化，這種變化可以使含化石的海相石灰?guī)r變?yōu)榇罄韼r，而原先存在于石灰?guī)r中的生物的任何痕跡會完全或幾乎完全消失。還有很多化石則存在于無法獲得來進行研究的沉積巖層中，也還有很好出露于地表的含化石的巖石分布在世界上的某些地方，卻沒有進行地質(zhì)學(xué)研究。另外一個很普遍的問題是，可能由于生物的殘體變成碎片或保存得很差，而不能充分顯示出該生物的情況。

再者，當我們向過去回溯的時間越古老，化石記錄缺失的時間間隔越長。巖石越老，受到破壞性??由于較古老的生物和今天的生物不同，因而對它們進行分類就很困難，這一情況使問題進一步復(fù)雜化了。然而，盡管如此，大量保存下來的生物化石仍為我們認識過去提供很好的記錄。

動物和植物變成化石可以通過很多不同途徑，但究竟通過那種途徑，通常取決于：

（1）生物的本來構(gòu)成
（2）它所生存的地方
（3）生物死后，影響生物遺體的力。

大多數(shù)古生物學(xué)家認為生物殘體的保存有四種形式，每一種形式取決于生物遺體的構(gòu)成或者生物遺體所經(jīng)歷的變化。

生物的本來的柔軟部分只有當它被埋在能夠阻止其柔軟部分分解的介質(zhì)中時，才能得以保存。這種介質(zhì)有凍土或冰，飽含油的土壤和琥珀。當生物在非常干燥的條件下變成木乃伊，也能保存它的身體上本來的柔軟部分。這種情況一般只發(fā)生于干旱地區(qū)或沙漠地區(qū)，并且在遺體不被野獸吃掉的情況下。

大概動物柔軟部分的化石得以保存的最著名的例子是在阿拉斯加和西伯利亞。在這兩個地區(qū)的凍原上發(fā)現(xiàn)的大量的凍結(jié)的多毛的猛犸遺體——一種絕滅的象。這些巨獸有的已被埋藏達25000 年。當凍土融解，猛犸的遺體就暴露出來。也有些尸體保存得很不好，當它們暴露出來時，其肉被狗吃了，其長牙被象牙商倒賣。猛犸象的毛皮現(xiàn)在在很多博物館展覽，有的把猛犸象的肉體或肌肉放在乙醇中保存。

生物身體的柔軟部分在東波蘭的飽含油的土壤中也發(fā)現(xiàn)到，在這里有保存很好的一種絕滅的犀牛的鼻角、前腿和部分皮。在新墨西哥州和亞利桑那州的洞穴中和火山口里發(fā)現(xiàn)了地樹獺的天然形成的木乃伊。這里的極端干燥的沙漠氣候能夠使動物的軟組織在腐爛之前就全部脫水，并能保存部分的皮、毛、腱、爪等。

生物變成化石的更有趣和不尋常的一種方式就是在琥珀中保存。古代的昆蟲可被某些針葉樹分泌出的粘樹膠所捕獲。當松脂硬結(jié)后并進一步變成琥珀，昆蟲便留在其中。有些昆蟲和蜘蛛被保存得非常好，甚至能在顯微鏡下研究它的細毛和肌肉組織。

雖然生物體的軟組織的保存形成了一些有趣的和令人嘆為觀止的化石，但這種方式形成的化石是相對罕見的。古生物學(xué)家更經(jīng)常地是研究保存在巖石中的化石。

生物體上的硬組織也能被保存下來。差不多所有的植物和動物都擁有一些硬部分，例如蛤、蠔或蝸牛；脊椎動物的牙和骨頭；蟹的外殼和能夠變成化石的植物的木質(zhì)組織。生物體的堅硬部分由于是以能抵抗風(fēng)化作用和化學(xué)作用的物質(zhì)構(gòu)成的，所以這類化石分布的較普遍。無脊椎動物例如蛤、蝸牛和珊瑚等的殼是由方解石（碳酸鈣）組成的，其中很多沒有或幾乎沒有發(fā)生物理變化而被保存下來。脊椎動物的骨頭和牙以及許多無脊椎動物的外甲含有磷酸鈣，因為這種化合物抵抗風(fēng)化作用的能力非常強，所以許多由磷酸鹽組成的物質(zhì)也能保存下來，如曾發(fā)現(xiàn)一枚保存極好的魚牙。由硅質(zhì)（二氧化硅）組成的骨骼也具有這種性質(zhì)。微體古生物化石的硅質(zhì)部分和某些海綿通過硅化而變成化石。另一些有機物具有幾丁質(zhì)（一種類似于指甲的物質(zhì)）的外甲，節(jié)足動物和其它有機物的幾丁質(zhì)外甲可以成為化石，由于 它的化學(xué)成分和埋葬的方式，使這種物質(zhì)以碳的薄膜的形式而保存下來。碳化作用（或蒸餾作用）是生物埋葬之后在緩慢腐爛的過程中發(fā)生的，在分解過程中，有機物逐漸失去所含有的氣體和液體成分，僅留下碳質(zhì)薄膜。這種碳化作用和煤的形成過程相同。在許多煤層中可以看到大量的碳化植物化石。

在許多地方，植物、魚和無脊椎動物就是以這種方式保存下它們的化石。

有些碳的薄膜精確地記錄了這些生物的最精細的結(jié)構(gòu)。

化石還可以通過礦化作用和石化作用而保存下來。當含礦化的地下水把礦物沉淀于生物體的堅硬部分所在的空間時，使得生物的堅硬部分變得更堅硬、抵抗風(fēng)化作用的能力更強。較普通的礦物有方解石、二氧化硅和各種鐵的化合物。所謂置換作用或礦化作用是生物體的堅硬部分被地下水溶解，與此同時其它物質(zhì)在所空出來的位置上沉淀下來的過程。有些置換形成的化石的原始結(jié)構(gòu)被置換的礦物所破壞。

不僅動植物的遺體能形成化石，而且表明它們曾經(jīng)存在過的證據(jù)或蹤跡也都能形成化石。痕跡化石能提供有關(guān)該生物特點的相當多的情況。很多殼、骨、葉以及生物的其它部分，都能以陽模和陰模的形式保存下來。如果一個貝殼在沉積物硬化成巖之前就被壓入海底，它的外表特征就會留下壓印（陰模）。如果陰模后來又被另外一種物質(zhì)充填，就形成陽模。陽模能顯示出貝殼本來的外部特征。外部陰模顯示的是生物體硬部分的外部特征，內(nèi)部陰模顯示的是生物體堅硬部分的內(nèi)部特征。

一些動物以痕、印、足跡、孔、穴的形式留下了它們曾經(jīng)存在的證據(jù)。

其中如足跡，不僅能表明動物的類型，而且提供了有關(guān)環(huán)境的資料。恐龍的足跡化石不僅揭示了它的足的大小和形狀，還提供了有關(guān)它的長度和重量的線索，留有足跡的巖石還能幫助確定恐龍生存的環(huán)境條件。世界上最著名的恐龍足跡化石發(fā)現(xiàn)于得克薩斯州索美維爾縣羅斯鎮(zhèn)附近的帕盧西河床中的晚白堊紀石灰?guī)r中，年代大約在1.1 億年前。留有恐龍足跡的大的石灰?guī)r板被運到全世界的博物館中，成為這種巨大爬行動物的啞證據(jù)。無脊椎動物也能留下蹤痕。在許多砂巖和石灰?guī)r沉積層的表面可以看到它們的蹤跡。無脊椎動物的蹤痕既有簡單的蹤跡，也有蟹及其它爬蟲的洞穴。

這些蹤痕提供了有關(guān)這些生物的活動方式和生活環(huán)境的證據(jù)。洞穴是動物為著藏身覓食而在地上、木頭上、石頭上以及其它能打洞的物質(zhì)上打出的管狀或圓洞狀的孔穴，后來若被細物質(zhì)充填，就可能得以保存下來。打出該洞穴的動物的遺體偶爾也能在充滿洞中的沉積物中找到。在松軟的海底，蠕蟲、節(jié)肢動物、軟體動物以及其它動物都可留洞穴。某些軟體動物，如鑿船蟲——一種鉆木的蛤、石蜊（Litho- domus）——一種鉆石的蛤，它們的洞穴化石和鉆孔化石也常常能被發(fā)現(xiàn)。在人們所知的最古老的化石之中，有管狀構(gòu)造，據(jù)認為這種管狀構(gòu)造是蠕蟲的洞穴。在許多最古老的砂巖中，就有這種管狀構(gòu)造。

鉆孔是某些動物為了覓食、附著和藏身而打的洞。鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)在化石化的貝殼、木頭和其它生物體的化石之上。鉆孔也是一種化石。象鉆孔蝸牛這種食內(nèi)動物就能穿過其它動物的殼來鉆孔以吃食其軟體部分。許多古代軟體動物的殼上可見到象是鉆孔蝸牛打的整齊的洞。

化石對于追溯動植物的發(fā)展演化是有用的，因為在較老的巖石中的化石通常是原始的和較簡單的，而在年代較新的巖石中的類似種屬的化石就要復(fù)雜和高級。

某些化石作為環(huán)境的指示物是很有價值的。例如造礁珊瑚似乎總是生活在與今天相似的條件下。因此，如果地質(zhì)學(xué)家找到了珊瑚礁化石——珊瑚最初被埋藏的地方，就可以有理由地認為，這些含有珊瑚的巖石形成于溫暖的相當淺的海中。這就使得勾畫出史前時期海的位置及范圍成為可能。珊瑚礁化石的存在還可指示出古代水體的深度、溫度、底部條件和含鹽度。