Çok eski çağlarda yaşamış bitki ve hayvanların sertleşmiş kalıntı ve izlerine fosil denir. Ölen canlıların fosilleşme durumları değişiklik gösterebilmektedir. Fosiller, milyonlarca yıl önce ölen hayvanlardan oluşmuşlardır. Hayvanın yumuşak bölümleri hemen çürür, kemik ve iskeleti de başka hayvanlarca temizlenir. Bir fosil, tarih öncesi yaşamın en az 10.000 yıllık kanıtıdır. Yaşayan herhangi bir şey – hayvan, bitki, bakteri veya mantar – fosil olma potansiyeline sahiptir. En yaygın fosiller kemikler ve dişlerdir, ancak ayak izleri ve deri izlenimleri de fosillerdir.
Fosillerin bilimsel olarak incelendiği ve üzerinde çalışıldığı bilim dalı paleontoloji olarak adlandırılır. Aslında paleontoloji, jeoloji ve biyolojiyi birleştirir. Belirli bir zamana ait yaşam formlarının özelliklerinin bilinmesi, ortam şartlarının nasıl olduğuna dair bilgileri sağlar.
Bazı kalıntılar çamur ya da kuma gömülür. Eğer herhangi bir şekilde dokunulmazlarsa kalıntılar tamamen derine gömülene kadar üstlerinde daha da çok çamur birikir. Yukarıdaki birikimin yarattığı aşırı basınç çamuru tortu taşına dönüştürür.
Bugün dünya genelindeki pek çok deniz yatağında, göl yatağında ve nehir yatağında, çöktükleri alanlardaki kayalıklarda bulunan fosiller, araştırılıp toplandığında aslen bulundukları bölgelerin yakın civarlarında bir yerlerde öldükleri ve milyon yıllar sonra ortaya çıktıkları alanlarda artık öldükleri alanların deniz yatağı haline dönüştüğü gerçeğiyle karşılaşılmaktadır.
Bazen fosiller, dinozor kemikleri gibi hayvanların da sert parçalarından meydana gelir. Bunlar gerçek kemik değildir, mineraller yapılarını değiştirmiştir ancak şekilleri değişmemiştir. Diğer fosiller yer altına gömülen hayvan ve bitkilerin ezilmiş hâlleridir.
