通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物、活动遗迹以及生物体分解后残留在地层中的有机分子。所谓古代生物，一般指全新世开始（距今约10000年）以前的生物；最近1万年内的生物遗体或遗物，不能算是化石。按大小和保存特点的不同，化石可分为七大类，（1）实体化石：指生物的遗体被保存在岩层中所形成的化石，如琥珀中的昆虫，波兰斯大卢尼沥青湖中的披毛犀化石，恐龙的骨骼化石，古植物形成的硅化木化石等。（2）铸模化石：指生物遗体在岩层或围岩中留下的印模和复铸物，其中第一类叫印痕化石，即生物陷落在沉积物中留下了印痕，其遗体虽遭到破坏，但印痕却保留下该生物的主要特征，如水母的印痕、蠕虫的印痕、植物叶子的印痕等；第二类是印模化石，包括外模与内模两种，外模是遗体的坚硬部分（如贝壳）的外表印在围岩上的印痕，能反映原生物的外部形态，内模指壳体内面轮廓留下的印痕，能反映硬壳内部的形态构造。（3）遗迹化石：指古代动物活动时留下的痕迹，如恐龙的脚印化石，蠕虫的爬迹化石等。（4）遗物化石：主要指动物的粪化石和卵化石，如鬣狗的粪化石，恐龙的卵化石等。（5）化学化石：指生物遗体分解后遗留在岩层中的化学分子，如古代蓝藻的叶绿素分子分解后所遗留的卟啉和植烷（C20H42）等，其中最稳固的是一种名叫异戊二烯烃（isoprene）的分子：
化学化石需用一定的化学方法方能检出。（6）微体化石：指需在显微镜下方能看见的个体微小的古生物化石或大生物体内某些微小部分的化石，如有孔虫、放射虫、孢子、花粉、牙形石等。（7）超微化石：指需在电镜下方能观察研究、大小在10微米以下的特别微小的化石，如古代的超微浮游生物化石等。