Los bacterios no tienen esqueletos ni conchas duras. Si existen fósiles de bacterios, ¿cómo se forman? Los bacterios son tan pequeños que, incluso si se fosilizan, ¿cómo podrían encontrarse? De hecho, los bacterios sí pueden fosilizarse. En la naturaleza, hay un grupo especial de organismos llamados cianobacterias, que son uno de los primeros seres vivos de la Tierra. Los científicos han descubierto fósiles similares a las cianobacterias en estratos de hace 3.500 millones de años. Las cianobacterias son más grandes que la mayoría de los bacterios y pueden secretar una capa delgada de pared celular. Lo más importante es que las cianobacterias pueden formar grandes estructuras en capas llamadas estromatolitos. Estos estromatolitos son estructuras sedimentarias biológicas formadas por microorganismos, principalmente cianobacterias, que crecen y metabolizan, adhiriendo y precipitando sales inorgánicas o capturando partículas minerales. Si se muelen estos estromatolitos en láminas delgadas, es posible encontrar fósiles bien conservados de cianobacterias y algas. En la región de Zhangjiakou, en Hebei, China, entre Xuanhua y Chicheng, los estratos del final del Eón Arcaico, hace 1.800 millones de años, contienen grandes depósitos de hierro, que constituyen la mayor parte de la mina de hierro de Xuandong. En la mina de hierro de Xuandong, junto con los estromatolitos asociados de hierro, se han encontrado fósiles de seis géneros de cianobacterias.
Además de las cianobacterias, el número de bacterios fosilizados no es muy grande. Bajo condiciones químicas específicas, después de que las células bacterianas sean reemplazadas por sales inorgánicas, se forman réplicas de células vivas o pseudocristales. Algunas bacterias pueden secretar una cubierta de hierro y, a veces, también pueden fosilizarse. Algunas bacterias pueden penetrar en las conchas de los animales o en las rocas y formar pequeños túneles dentro de las conchas o rocas, por lo que es posible reconocerlos indirectamente analizando estos túneles en los fósiles de conchas de diferentes épocas. Además, el ámbar suele conservar una gran cantidad de bacterios finos, y algunas bacterias pueden incluso sobrevivir después de cientos de millones de años. También se pueden encontrar bacterios patógenos en los fósiles de huesos de animales, lo que indica que estos animales sufrieron enfermedades causadas por bacterios cuando estaban vivos. Probablemente, los bacterios fosilizados más sorprendentes sean las magnetobacterias, que pueden formar cristales de magnetita de tamaño nanométrico dentro de las células. En rocas antiguas de hace 2.000 millones de años, se pueden distinguir cristales de magnetita producidos por estas bacterias, con un tamaño de varios micrómetros, lo que podría ser el fósil más pequeño conocido hasta el momento.