Fossielen zijn de resten, indrukken of sporen van de lichamen van organismen uit eerdere geologische perioden die zijn versteend. Doordat deze resten verstenen, blijft het stevig en kan het lang bewaard blijven, waardoor het mogelijk is voor archeologen om fossielen op te graven en te onderzoeken. Er bestaan fossielen van dieren, planten en soms zelfs bacteri??n. Het is best zeldzaam dat een fossiel ontstaat, meestal worden de resten van het dier opgegeten of afgebroken zodra het dier sterft. Hierdoor is het niet in staat om te fossiliseren. Als een dier, plant of bacterie wil fossiliseren, moeten er specifieke omgevingsfactoren zijn, zoals een zuurstofarme omgeving of snelle begraving van het organisme, om er voor te zorgen dat de natuurlijke opruimers geen kans krijgen het organisme af te breken. Hierdoor is er een kans dat er een fossiel ontstaat.
Doordat er steeds meer sedimentlagen boven op het organisme, of de resten van het organisme, komt, verhoogt de druk op het organisme waardoor versteningsprocessen op gang komen. Het oorspronkelijk organisch materiaal wordt vervangen door minerale componenten, waardoor de resten fossiliseren. In de loop der tijd zorgt erosie en kleine verschuivingen in de aarde ervoor dat de fossielen weer naar het oppervlak komen, waardoor ze kunnen worden opgegraven.
Bij fossilisatie blijven vooral de harde delen over zoals botten en tanden, omdat deze moeilijk worden afgebroken. Fossielen van aquatische dieren zijn talrijker dan die van landdieren. Dit is te verklaren doordat er in het water meer sedimentatieprocessen plaatsvinden. In het water zullen er sneller sedimenten, zoals modder of zand, worden aangevoerd. Het sediment houd de overblijfselen van het organisme bij elkaar. Dikwijls zullen echter de zachte delen van het organisme wegrotten en worden slechts harde delen geconserveerd in steen. Soms zetten zich minerale stoffen uit het water beetje bij beetje af op de plek van de beenderdelen, zodat tenslotte een versteend bot ontstaat.
Als het organisme in zuurstofloze condities begraven wordt, kunnen zelfs resten van de weke delen worden gevonden. Meestal worden echter slechts de harde delen zoals een skelet of schelp teruggevonden als fossiel. Snelle afdekking gebeurt meestal in ‘waterafzettingen’ zoals slib, zand of klei in rivieren of oceanen. Na begraving door bijvoorbeeld zand of klei, hangt het nog van de chemische samenstelling van de afzetting af of het fossiel goed bewaard blijft of niet. In de afzetting kan het fossiel door invloed van chemische processen gedeeltelijk worden omgezet in andere mineralen. Deze mineralen worden aangevoerd door het grondwater, waarin ze zijn opgelost. Ze dringen met het water door in het fossiel en slaan aan de binnenkant van de (bot)cellen neer. Hierdoor blijft de interne structuur van het organisme behouden en kan het mineraliseren (verstenen). Zo kunnen botten van zoogdieren, die voor een groot deel uit kalk (calciumcarbonaat) bestaan, door opname van siliciumdioxide (kiezelzuur) uit het grondwater geleidelijk worden omgezet in steen.
Het is echter ook mogelijk dat het fossiel geheel oplost door zure omstandigheden in de afzetting. Er ontstaat dan een holte, die vervolgens wel weer kan worden opgevuld door andere mineralen. Je vindt dan alleen een afdruk waardoor de interne structuur van het fossiel verloren gaat. Dit komt vaak voor bij schelpdieren. De kalkschaal is opgelost in (zuur) grondwater, maar de holte waarin het schelpdier heeft gezeten is bewaard gebleven.
