Os fósseis são restos ou vestígios de organismos antigos preservados em estratos geológicos durante períodos da história geológica e fossilizados. A maioria dos fósseis é de calcário, embora alguns sejam de sílica, apatita, pirita, etc. De acordo com as características de preservação, os fósseis podem ser divididos em 5 categorias. A primeira categoria são fósseis sólidos, muitas vezes ossos e conchas de animais, bem como raízes, caules e folhas de plantas, fossilizados em estratos geológicos. A segunda categoria são fósseis moldados, que são impressões de restos biológicos deixados em estratos geológicos, incluindo moldes externos e internos. Os moldes externos referem-se às formas externas de restos biológicos deixadas em estratos (incluindo calcário, arenito, argilito, etc.), enquanto os moldes internos referem-se às formas internas de restos biológicos (principalmente o interior das conchas) deixadas em materiais de preenchimento. A terceira categoria é fósseis de vestígios, que podem ser divididos em 2 tipos: um é vestígios de atividade animal, como pegadas de animais e vestígios de minhocas; o outro são animais sem ossos ou conchas, como medusas, cujos corpos são fossilizados em estratos geológicos (principalmente areia e argila). A quarta categoria são fósseis químicos, que são fósseis de moléculas como aminoácidos e ácidos graxos preservados em condições específicas.
A última categoria são fósseis especiais, como âmbar e fósseis em permafrost. As plantas antigas secretavam resinas pegajosas que, por acaso, envolviam insetos ou outros organismos. Como o ar e as bactérias externas não podiam entrar, os restos biológicos não se decompunham. Estas resinas, mais tarde, sob a ação de altas temperaturas e pressões nos estratos geológicos, transformaram-se em âmbar, e os restos biológicos dentro dele, embora não fossem fossilizados, também são chamados de fósseis. Os fósseis de âmbar são comuns em minas de carvão, e a mina de carvão de Fushun, no nordeste da China, é um local frequente de descoberta. Os restos biológicos no permafrost permanecem congelados e não fossilizados, mas também podem ser considerados fósseis. Assim, os fósseis são muito diversos e não são apenas ossos fossilizados de animais.