Les macromolécules biologiques sont des molécules organiques de masse moléculaire élevée présentes dans les organismes vivants, telles que les protéines, les acides nucléiques, les lipides et les sucres. Les macromolécules biologiques constituent la base de la vie et jouent un rôle important dans les organismes vivants. Parmi elles, les acides nucléiques sont le support central de la conservation et de la transmission de l'information génétique ; les protéines ont de multiples fonctions, participant à la fois à la construction des cellules et à la régulation du métabolisme ; les sucres sont à la fois des réserves d'énergie pour les organismes vivants et des composants de la structure et de la morphologie des cellules ; et les lipides sont les unités de base des membranes cellulaires. Ces macromolécules biologiques sont constituées d'éléments chimiques tels que le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote, liés par diverses liaisons chimiques.
Après de longues années, les fossiles de macromolécules biologiques qui ont survécu dans des conditions géologiques sont généralement constitués de squelettes hydrocarbonés de composés lipidiques. Ces dérivés sont souvent appelés composés marqueurs ou fossiles moléculaires. À l'heure actuelle, la recherche sur les composés marqueurs couvre quatre principaux composants biochimiques : les protéines (y compris les acides nucléiques), les sucres (y compris la chitine), les lipides et la lignine, les plus étudiés étant les lipides et les protéines. Les composés marqueurs aident les scientifiques à compléter ou à améliorer les enregistrements fossiles, et les isotopes de carbone et d'hydrogène enregistrent également la position et le rôle des organismes mères dans les écosystèmes anciens, le contexte chimique des éléments environnants et l'histoire de l'évolution de la température à l'époque ancienne. Aujourd'hui, les composés marqueurs jouent un rôle extrêmement important dans l'exploration de l'origine de la vie terrestre, des événements biologiques majeurs de l'histoire géologique et de la reconstruction des périodes où les enregistrements fossiles traditionnels sont incomplets.
Le pétrole formé par des organismes biologiques contient certains fossiles de macromolécules biologiques, et certains composés marqueurs sont étroitement liés à des groupes biologiques actuels. Grâce à des études comparatives, les scientifiques ont acquis une compréhension plus approfondie de l'histoire évolutive de ces organismes. Par exemple, les algues filamenteuses et les diatomées sont des productrices d'oxygène importantes sur Terre, et les premiers fossiles de ces organismes ont été découverts respectivement au Trias moyen et au Jurassique. Cependant, les fossiles moléculaires dérivés de ces algues, tels que les stérols de dinoflagellés et les 24-dicholestérols, ont été détectés à des concentrations élevées dans les strates datant du Trias moyen et du Jurassique. D'après la distribution des stérols triaromatiques, les chercheurs ont suggéré que l'ancêtre des algues filamenteuses pourrait être apparu au Dévonien ou au Précambrien. Dans les strates du Crétacé inférieur de la région de Yongji, dans la province du Shanxi, des structures organiques (parois organiques) similaires à celles des algues filamenteuses et des fossiles moléculaires de ces algues, tels que les stérols de dinoflagellés et le 24-dicholestérol, ont été découverts. Ce résultat a avancé l'enregistrement des fossiles moléculaires des algues filamenteuses de 100 à 400 millions d'années, et l'enregistrement des fossiles physiques potentiels de 700 à 900 millions d'années.