O estudo da vida passada denomina-se Paleontologia. Para estudar a história da vida e a sua evolução os paleontologistas estudam os fósseis.
A palavra fóssil deriva do latim fossilis, que significa desenterrado. A maioria dos fósseis separa-se das rochas onde se formaram devido a fenómenos de meteorização e de erosão. Em tamanho, os fósseis animais variam desde os ossos dos dinossauros com mais de um metro de comprimento e com o peso de centenas de quilos, até fósseis minúsculos que só são visíveis ao microscópio. Estas formas mais pequenas são chamadas microfósseis.
O mesmo acontece com os vegetais, em que as grandes árvores petrificadas do Parque Nacional Floresta Petrificada, nos Estados Unidos da América, são um dos exemplos mais significativos de plantas fósseis. Os microfósseis vegetais são também abundantes em determinado tipo de rochas sedimentares marinhas, como algumas algas microscópicas.
Define-se os fósseis como sendo quaisquer restos ou vestígios de seres vivos que viveram em épocas anteriores à atual e são contemporâneos da génese das rochas em que apareceram. Estão fora desta definição os seres vivos atuais.
O conjunto de fenómenos físico, químicos e biológicos que permitem a formação de fósseis denomina-se fossilização. Todo o cadáver abandonado sobre o solo torna-se presa de uma enorme quantidade de agentes de putrefacção, principalmente bactérias, que rapidamente destroem as partes moles. Depois, pela ação das intempéries, desaparece o esqueleto e do cadáver nada resta. Isto é o que acontece em condições normais. Torna-se, assim, evidente que para ocorrer fossilização devem verificar-se condições específicas.
A característica mais comum das rochas sedimentares é a estratificação. Quase todas as rochas sedimentares são constituídas por fragmentos de outras rochas que se depositaram no meio aquático. Algumas camadas de rochas sedimentares, ou estratos, podem ser quase totalmente constituídas por fragmentos, conchas ou carapaças de organismos que podem ou não constituir fósseis.
Para que ocorra fossilização é necessário que se reúnam certas condições, umas inerentes ao meio outras inerentes ao próprio ser vivo em causa.
Para que se dê a fossilização é necessário que, após a morte do ser vivo sobre ele se forme um depósito que o isole do ambiente impedindo a sua destruição. É esta a razão da existência de grande número de fósseis marinhos ou lacustres e da escassez de fósseis terrestres. A qualidade do depósito que recobre o ser também é condicionante da fossilização. Quanto mais fino e impermeável este for, mais fácil será a fossilização. Um depósito grosseiro e permeável dificulta o processo. As temperaturas médias e a humidade, na medida em que facilitam as ações microbianas, dificultam a fossilização. Temperaturas baixas e climas secos facilitam a formação de fósseis na medida em que impedem a ação de microrganismos.
A fossilização é tanto mais fácil quanto mais rico for o ser vivo em substâncias minerais tais como a sílica ou sais de cálcio. Os ossos, dentes, conchas e outras partes duras fornecem os melhores fósseis. Unhas, pêlos, penas e chifres constituídos por substâncias orgânicas raramente se conservam. As partes moles só em condições verdadeiramente excepcionais deixam impressões reconhecíveis. Quando tal acontece, o fóssil é do mais alto interesse, pois fornece informações mais precisas sobre a sua constituição.
Segundo a natureza do cadáver, do sedimento onde se conserva, das águas de infiltração que o atravessam, a fossilização efetua-se por diversos processos. O processos mais comuns de fossilização são a conservação, a mineralização, a incrustação, as moldagens , a incarbonização e a impressão.
Se os fósseis são raros em alguns locais, noutros, constituem grandes acumulações designadas ninhos de fósseis. Algumas rochas como os calcários conquíferos são quase na totalidade formados por restos de conchas. Os ossos e os dentes podem acumular-se constituindo brechas ósseas. Estes ninhos revelam o rápido aniquilamento de grande número de indivíduos devido a causas físicas ou biológicas.
