Os fósseis são preservados de duas maneiras principais: com e sem alteração. A preservação com alteração inclui carbonização, petrificação, recristalização e substituição. A preservação sem alteração inclui o uso de moldes e a coleta de evidências indiretas.
Carbonização
A carbonização freqüentemente ocorre na preservação de plantas e organismos moles. Os restos da planta ou animal são esmagados pelo peso da rocha. Os gases, incluindo hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, são liberados por meio do processo de calor e compressão. O que resta é um filme de carbono, uma impressão do antigo ser vivo.
Petrificação
Às vezes chamada de permineralização, a petrificação ocorre quando um material poroso, como um osso ou concha, é preenchido com material de preservação, como carbonato de cálcio ou sílica. A concha ou osso original fica enterrado sob o solo e a água penetra na superfície. A água subterrânea contém o carbonato de cálcio que preenche os espaços vazios do material, que com o tempo, endurece e preenche os poros cheios de minerais que preservam o item.
Recristalização
A recristalização geralmente ocorre em fósseis de concha e é o processo pelo qual os cristais de pequenas moléculas dentro de uma casca, muitas vezes formada por um tipo de carbonato de cálcio, pode se transformar em outro tipo de cálcio carbonato. Isso estabiliza a concha e a transforma em um fóssil.
Substituição
Ocorrendo tanto em moluscos quanto em madeira, a substituição ocorre quando a composição atômica do ser vivo original é substituída, célula por célula, por uma nova estrutura química. Normalmente, o produto químico que substitui o original é determinado pela água subterrânea em que o fóssil se encontra. Um tipo comum de substituição é a silificação. É quando os restos vivos originais são substituídos por sílica, como no caso das florestas petrificadas.
Casting
Fundição e moldagem são uma forma indireta de preservar fósseis. Nesse caso, indireto significa que a composição química da matéria orgânica não muda, mas sim uma substância que impressiona a matéria. Os exemplos comuns incluem moldes de folhas de samambaia e conchas de caracol.
Fósseis de rastreamento
Fósseis de vestígios são outro tipo de preservação indireta de fósseis. Exemplos de vestígios de fósseis são pegadas e trilhas. Dinossauros e outros animais pré-históricos se moveram pela vegetação rasteira e ao longo da superfície do solo, que mais tarde foi coberto com outros detritos. Em alguns casos, seus rastros foram preservados e podem ser escavados e cortados do solo. Outro exemplo de um fóssil residual é o esterco de animal. O esterco fossilizado e preservado fornece aos especialistas em fósseis evidências de antigas fontes de alimentos e da estrutura do sistema digestivo pré-histórico.