化石的形成是非常复杂的过程，是生物、物理、化学三种现象的结合。简单的来说是漫长的地质年代中，远古生物的遗体或者生活痕迹被泥沙掩埋，而遗体中的有机物质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着。我们把这样形成的石化的生物遗体、遗迹就称为化石。
曾经很长一段时间人们认为化石的形成就是石化，但其实这个石化的过程是相当复杂的，是生物、物理、化学三种现象的结合。需要漫长的时间，有着非常多特定的条件才有可能形成化石。简单的来说是远古生物的遗体或者生活痕迹被泥沙掩埋，而遗体中的有机物质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着。这样就形成了我们知道的化石。
虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有五个因素是基本的，化石形成的五个基本因素如下：
（1）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。
（2）生物在死后必须立即避免被毁灭。如果一个生物的身体部分被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生物变成化石的可能性。
（3）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。
（4）被埋藏的生物尸体还必须经历长时间的石化作用后才能形成化石。有时生物死后虽然被迅速埋藏，但不久因冲刷等各种因素暴露出来而遭到破坏，也不能形成化石。有一些保存在较古老岩层中的化石，因岩层的变形和变质作用，使化石遭到破坏。
（5）沉积物在固结成岩的过程中，压实作用和结晶作用都会影响化石的石化作用和保存。
