Het woord fossiel komt van het Latijnse woord fossilis, wat 'opgegraven' betekent. Fossielen worden gevormd wanneer een organisme wordt begraven door water dat puin en mineralen bevat, en door de effecten van wind of zwaartekracht. De meeste fossielen worden gevonden in sedimentair gesteente. Fossielen kunnen ook worden gevonden in metamorf gesteente, of gesteente dat is veranderd door hitte of druk. Zelden worden fossielen gevonden in stollingsgesteente, dat wordt gevormd wanneer magma stroomt en verhardt. De vijf meest genoemde soorten fossielen zijn schimmel, gegoten, afdruk, permineralisatie en sporenfossielen.
Schimmel of indruk
Een schimmel- of afdrukfossiel wordt gevormd wanneer de plant of het dier volledig vergaat, maar een afdruk van zichzelf achterlaat, zoals een holle schimmel. Er is geen organisch materiaal aanwezig en het organisme zelf wordt niet gekopieerd. Schimmel- of impressiefossielen kunnen op verschillende manieren ontstaan, maar over het algemeen moet er voldoende lucht aanwezig zijn om het organische materiaal volledig te laten ontbinden, wat verstarring of het organisme voorkomt. Deze fossielen worden meestal gevormd in zand of klei.
Gips
Gegoten fossielen zijn het type waar mensen het meest bekend mee zijn, omdat ze de spectaculaire dinosaurusskeletten vormen die in musea te zien zijn. Gegoten fossielen ontstaan wanneer mineralen zich afzetten in de mal die is achtergelaten door het rottende organische materiaal, wat resulteert in een driedimensionale replica van de harde structuren van de plant of het dier.
Afdruk
Afdrukfossielen worden gevonden in slib of klei, zoals de schimmel- of afdrukfossielen, maar ze laten slechts een tweedimensionale afdruk achter. Deze fossielen worden soms gevonden op blootgestelde rotsoppervlakken of wanneer de lagen in de rots worden verbroken, waardoor het fossiel binnenin zichtbaar wordt.
Permineneralisatie
Bij permineralisatie of versteende fossielen wordt elk deel van het organisme vervangen door mineralen, waardoor een stenen kopie van het organisme achterblijft. Botten, tanden en zelfs houtachtig plantaardig materiaal zoals bomen worden soms op deze manier bewaard. Een beroemd voorbeeld van verstening zijn de honderden versteende bomen in het Petrified Forest in Holbrook, Arizona.
Spoor
Sporenfossielen laten meestal sporen zien die dieren hebben gemaakt terwijl ze over zacht sediment bewegen. Dit sediment verhardt later tot sedimentair gesteente. Sporenfossielen zijn waardevol voor paletologen, omdat wetenschappers door het bestuderen van deze voetafdrukken kunnen ontdekken hoe de dieren bewogen, wat op zijn beurt belangrijke informatie geeft over de structuur en zelfs het leven van de dieren soorten.