Биомолекулы — это высокомолекулярные органические соединения, присутствующие в живых организмах, такие как белки,нуклеиновые кислоты, липиды и сахара. Биомолекулы являются основными строительными элементами жизни и выполняют важные биологические функции в живых организмах. В частности, нуклеиновые кислоты являются основными носителями генетической информации и обеспечивают её сохранение и передачу; белки выполняют различные функции, участвуя в катализе и строительстве клеток, а также регулируя обмен веществ; сахара являются источником энергии для живых организмов и компонентами, поддерживающими структуру клеток; липиды являются основными компонентами клеточных мембран. Все эти биомолекулы состоят из атомов углерода, водорода, кислорода и азота, связанных друг с другом различными химическими связями.
По прошествии длительного времени биомолекулярные ископаемые, сохранившиеся в геологических условиях, обычно представлены в виде углеводородных скелетов липидных соединений. Эти производные часто называют биомаркерами или молекулярными ископаемыми. В настоящее время исследования биомаркеров охватывают четыре основных биохимических компонента: белки (включая нуклеиновые кислоты), сахара (включая хитин), липиды и лигнин. Наиболее широко изучаются липиды и белки. Биомаркеры помогают учёным дополнять или уточнять записи ископаемых, а изотопы углерода и водорода также фиксируют положение и роль исходных организмов в древних экосистемах, элементный химический фон окружающей среды и историю температурных изменений в далёком прошлом. Сегодня биомаркеры играют чрезвычайно важную роль в изучении происхождения ранней жизни на Земле, крупных геологических событий в биоте и восстановлении пробелов в традиционных ископаемых записях.
Нефть, образованная из биомассы, содержит некоторые ископаемые биомолекулы. Некоторые биомаркеры тесно связаны с современными биологическими группами, и с помощью сравнительных исследований учёные получают более глубокое понимание эволюционной истории этих организмов. Например, ооцисты и диатомовые водоросли являются важными производителями кислорода на Земле, а их самые ранние ископаемые записи датируются средним триасом и юрским периодом. Однако молекулярные ископаемые, полученные из этих водорослей, такие как стеролы и 24-дегидрохолестерол, показывают высокую концентрацию в геологических слоях, датируемых средним триасом и юрским периодом и более поздними эпохами. На основании распределения трифторметилстеролов исследователи предположили, что предки ооцист могли появиться в девонском или докембрийском периодах. В позднеордовикских отложениях в районе Юньцзи в провинции Шаньси были обнаружены органические структуры (стенки), сходные с ооцистами, а также биомаркеры ооцист — стеролы. Этот результат позволил перенести записи молекулярных ископаемых ооцист на 100–400 миллионов лет назад, а возможные записи физических ископаемых — на 700–900 миллионов лет назад.