Os biomoléculas são moléculas orgânicas de alta massa molecular que existem nos organismos vivos, como proteínas, ácidos nucleicos, lípidos e açúcares. Os biomoléculas são as substâncias básicas que constituem a vida e possuem importante atividade biológica e funções nos organismos vivos. Entre eles, os ácidos nucleicos são os principais portadores de informação genética e de hereditariedade; as proteínas têm várias funções, podendo desempenhar um papel catalítico na construção das células, ou participar na regulação do metabolismo, por exemplo; os açúcares são substâncias que armazenam energia nos organismos vivos e também componentes da estrutura e forma das células; e os lípidos são as unidades básicas que compõem as membranas celulares. Estes biomoléculas são formados por elementos químicos como carbono, hidrogénio, oxigénio e azoto, ligados por várias ligações químicas.
Após longos períodos, os fósseis de biomoléculas que conseguem sobreviver em condições geológicas são geralmente constituídos por esqueletos de compostos lipídicos. Estes derivados são frequentemente designados por compostos biomarcadores ou fósseis moleculares. Atualmente, o estudo dos compostos biomarcadores abrange quatro principais componentes bioquímicos - proteínas (incluindo ácidos nucleicos), açúcares (incluindo quitina), lípidos e lignina, sendo os lípidos e as proteínas os mais estudados. Os compostos biomarcadores ajudam os cientistas a complementar ou aperfeiçoar os registos fósseis, e os isótopos de carbono e hidrogénio registam a posição e o papel dos organismos ancestrais nos ecossistemas antigos, o contexto químico dos elementos do ambiente circundante e a história da evolução da temperatura nas eras passadas. Atualmente, os compostos biomarcadores desempenham um papel crucial na exploração da origem da vida na Terra, de importantes eventos biogeológicos e na reconstituição de períodos em que os registos fósseis tradicionais são escassos.
O petróleo formado por organismos vivos contém alguns fósseis de biomoléculas, e alguns compostos biomarcadores estão estreitamente relacionados com grupos biológicos especiais existentes atualmente. Através de estudos comparativos, os investigadores obtiveram uma compreensão mais profunda da história evolutiva destes organismos. Por exemplo, as algas Chlorophyceae e Diatomae são importantes produtoras de oxigénio na Terra, sendo os seus registos fósseis mais antigos datados do Triássico Médio e do Jurássico, respetivamente. No entanto, os fósseis moleculares derivados destas algas, como os esteróides algais e os 24-desoxicolesteróides, têm sido detetados em concentrações elevadas em estratos datados do Triássico Médio e do Jurássico, respetivamente. Com base na distribuição dos esteróides triarilados, os investigadores propuseram que os ancestrais das Chlorophyceae poderiam ter surgido no Devónico ou no Pré-cambriano. Em estratos do final do Ordoviciano na região de Yongji, na província de Shanxi, foram descobertas estruturas orgânicas (paredes orgânicas) com uma morfologia e estrutura ultraestrutural semelhantes às das Chlorophyceae, juntamente com a deteção de compostos biomarcadores das Chlorophyceae - esteróides algais. Este resultado antecipa os registos fósseis das Chlorophyceae em 100-400 milhões de anos e os registos fósseis sólidos possíveis em 700-900 milhões de anos.