En eski fosiller mikroskobik bakteri parçalarıdır ve çoğu bilim adamı bu fosillerin 3,5 milyar yıl önce yaşadıklarına inanır. Fosil milyonlarca yıl önce jeolojik zamanların çeşitli dönemlerinde birbirinden farklı ortamlarda yaşamış canlıların öldükten sonra geçirdileri fosilleşme süreci sonrasında bulundukları ortamın çökelleri içindeki taşlaşmış kalıntılarıdır. En eski hayvan fosilleri, 700 milyon yaşında oldukları tahmin edilen omurgasız hayvan kalıntılarının fosilleridir.
Yapılan bu araştırmaların bir kısmı ise, dünyanın oldukça eski dönemlerinde yaşamını sürdürmüş fakat günümüze kadar gelemeyerek nesli tükenmiş olan canlılar üzerinedir. En eski omurgalı hayvan fosilleri yaklaşık 500 milyon yaşındadır. Fosil, binlerce veya milyonlarca yıl evvel yaşamış canlı bir organizmanın izi veya kalıntısıdır.
Ölen canlıların fosilleşme durumları değişiklik gösterebilmektedir. Binlerce yıl boyunca havayla ilişkisi kesilen canlı, katılaşarak fosil haline gelir. Bu katılaşma bazen kömür haline gelebileceği gibi, bazen de mermer ya da petrol haline de gelebilmektedir.Bazı fosiller, bitki veya hayvanların ölümünden sonra korunan yapraklar, kabuklar veya iskeletlerdir. Diğerleriyse hareketli hayvanların bıraktıkları izlerdir. Bir organizma öldüğünde yumuşak parçaları çürür. Sert kabuk/sert bir mineral fosil oluşana kadar bir balçık katmanıyla kaplanır.
Çoğu fosiller tortulu kayalarda bulunur. Bu fosiller, tortulu kayalarda kolayca yanan hayvan veya bitki kalıntılarından oluşur. Tortu, nehirlerin, göllerin, bataklıkların veya okyanusların diplerinden toplanan çamur veya kumdur.
