生物大分子是指生物体内存在的高分子量有机分子，例如蛋白质、核酸、脂质和糖类等。生物大分子是构成生命的基础物质，在生物体内具有重要的生物活性和生物学功能。其中核酸是保存和传递遗传信息的核心载体；蛋白质具有多种功能，既可催化细胞的构建，也可参与新陈代谢的调节等；糖类既是生物体的能量储存物质，也是维持细胞形态结构的组成成分；脂类是构成细胞生物膜的基本单位。这些生物大分子都是由碳、氢、氧、氮等化学元素通过各种化学键结合而成的。
经过漫长的岁月，在地质条件下保存下来的生物大分子化石，通常以类脂化合物的碳氢骨架形式存在。这些衍生物通常被称为生物标志化合物或分子化石。目前，生物标志化合物的研究已涵盖4种主要的生物化学组分——蛋白质（包括核酸）、糖类（包括几丁质）、类脂物和木质素，其中研究最广泛的是类脂物和蛋白质。生物标志化合物可以帮助科学家补充或完善化石记录，其中的碳、氢同位素还记录了母体生物在古生态系统中的位置和作用、周围环境的元素化学背景以及远古时代温度的演化史等各类信息。如今，生物标记化合物对于探索地球早期生命起源、重大地史生物事件，重建传统化石记录空白时段，都起着极其重要的作用。
由生物形成的石油中会含有一些生物大分子化石，一些生物标志化合物与现存的特殊生物类群存在密切关系。通过比较研究，人们对这些生物的演化历史有了更深入的了解。例如，沟鞭藻和硅藻是地球上重要的氧气生产者，其最早的化石记录分别存在于中三叠世和侏罗纪。但由这些藻类衍生的分子化石，如甲藻甾类和24-降胆甾烷分别在中三叠世和侏罗纪以来的地层中显示出很高的浓度。根据三芳甲酯甾烷的分布，研究者提出，沟鞭藻的祖先最早可能出现在泥盆纪至前寒武纪。在山西永济地区中元古代晚期地层中，发现了形态和超微结构与沟鞭藻相似的有机结构（有机壁），同时检测到了沟鞭藻的生物标志化合物——甲藻甾类。这一结果将沟鞭藻分子化石的记录提前了1亿至4亿年，可能存在的实体化石记录提前了7亿至9亿年。