化石是生物进化的直接证据，是古生物学的主要研究对象。化石的形成必须具备一定的条件，其中主要的有以下一些；
一、生物死亡的数量
一般地说，生物死亡数量越多，形成化石的机会也就越多，反之亦然。因此，在由海洋环境形成的地层中，比较容易发现动物化石，特别是珊瑚一类的化石。在含煤的地层中，比较容易得到植物化石，在一些由陆地环境形成的地层中难以找到化石，尤其是哺乳动物的化石。
二、生物体组成部分的坚硬程度
凡是硬体部分如介壳、骨胳、牙齿、角、树干、孢子、花粉等，不易腐烂而毁灭；凡是软体部分如皮肤、肌肉和各种器官，则容易腐烂而消失。所以，常见的化石，大多数由生物体的硬体部分所形成。恐龙化石多为其骨架，象的化石多为牙齿和骨胳，河蚌化石多为介壳，三叶虫化石大多数是甲壳，硅化木是裸子植物的次生木质部的木质纤维形成的。孢粉等研究的主要内容之一是古代植物孢子和花粉的形态、分类、组成和分布等，实际上是通过孢子和花粉的化石来研究的。
三、生物尸体的掩埋速度
生物尸体如果暴露于空气中，会受氧化作用或被其他生物吞食而遭破坏，即使是硬体部分，天长日久，也会被风化和毁坏。因此，生物死后，必须要有某种沉积作用将其迅速掩埋，才能较好地保存。凡是生物繁盛而地质沉积作用急剧进行的地区，化石就比较多。我国甘肃东部、山西西北部、河南西部、陕西等地的地层多数在河湖中形成，由于动物的遗体埋在水底，盆地周围的沉积物不断覆盖，几沧桑变迁，河湖干涸，沉积物变成坚硬的石，并且暴露到地表。因此，这些地区是哺动物化石较多的产地，我国著名的黄河剑齿就发现在这里。
四、石化的程度和快慢
石化包括钙化、硅化、碳化、矿化，是把古生物的遗体、遗物和遗迹通过物理和化学作用，使其变得坚硬如石的过强。
物理作用指的是生物体的外形印烙在岩层上，或是壳体、骨赂等空隙被泥沙或其他矿物质所充填使其变硬的过程。如古植物的根、茎、叶、花、果实和古动物的触须、附肢、羽毛等形成的印痕化石就通过这种作用。
化学作用是指化学溶液，如碳酸钙、二氧化硅、黄铁矿等溶液对古生物硬体部分的作用。这些溶液在地层中流动时，不断接触古生物硬体部分，其矿物质成分不断与生物体物质进行化学置换，久而久之，这些生物体的物质成分几乎全部为矿物质成分所取代，而形态则保持原样。例如前面提到的常见的硅化木，其物质成分已不是木质纤维，而是二氧化硅。但仍体现出其外部形状，细胞、年轮也都保存了下来。