化石是在地質史時期保存在地層中，經石化而成的古生物遺體或遺迹。大部分化石是由石灰岩構成的，但也有少數是由硅岩、磷灰石、黄铁矿等构成的。根據保存特性，化石可分为五類。第一類是実體化石，多數是動物的骨骼和貝殼，以及植物的根、莖、葉等經石化而成，因此它們保存了生物的形態、構造和裝飾等。第二類是铸模化石，是生物遺體在地層中留下的印模，包括外模和內模。外模是指生物遺體的外部形狀留在地層（包括石灰岩、砂岩、泥岩等）中的印模，內模是指生物遺體内部形狀（多數是貝殼内部）在填充物上留下的印模。第三類是遺迹化石，可分为兩類：一類是動物活動留下的痕迹，如動物的足迹、蠕虫爬過的遺迹等；一類是沒有骨骼和貝殼的動物，如水母等，它们的身體印在地層中（多數是砂岩、泥岩）形成的化石。第四類是化学化石，就是在特定条件下保存下來的古生物的氨基酸、脂肪酸等分子形成的化石。
最後一類是特殊化石，如琥珀和冻土中的化石等。古植物分泌出粘性的樹脂，会偶然包裹住昆虫或其他生物，由于外界空气和細菌無法進入，生物遺體不会腐爛。這些樹脂后来在地層較高温度和压力作用下，就逐漸變成琥珀，而里面的生物遺體雖然沒有被石化，但也叫化石。琥珀化石多見于煤矿，中國東北的抚順煤矿中常有發現。常年冻土中的生物遺體，因冰冻而沒被石化，也可稱為化石。由此可见，化石千姿百態，不止是石化的動物骨骼。