Los fósiles son los restos de organismos del pasado, o bien a sus señales de actividad, como sus huellas o marcas. Estos restos orgánicos o huellas, tras haber sido enterrados en condiciones adecuadas, se transforman en roca.

Se consideran como restos fósiles a los moldes de los seres vivos que fueron enterrados, pero también a su contramolde, y a cualquier vestigio de huella, rastro ó señal que éste pudiera haber dejado sobre los sedimentos. 

Atendiendo a su tamaño, podemos diferenciar tres tipos de fósiles, si bien las dos primeras son las más habituales: 

• Macrofósiles, son aquellos que poseen el tamaño suficiente para ser apreciados a simple vista, y pueden serlo desde un pequeño braquiópodo, hasta los huesos de un dinosaurio. 
• Microfósiles, son los que solo pueden ser apreciados a través de un microscopio óptico (tamaño microscópico).
• Nanofósiles, son los que poseen un tamaño menor que los microfósiles, de manera que precisan de un microscopio electrónico para poder ser observados y estudiados. 

Pero los fósiles también pueden ser clasificados en base a su origen y composición de acuerdo a los siguientes términos:

• Fósiles, propiamente dichos, entendiendo como tal a los cuerpos de animales desaparecidos, fosilizados en su totalidad, o a modo parcial. Debemos tener en cuenta que, salvo excepciones, solo fosilizan las partes duras, como los huesos, los dientes, los caparazones, etc. 
• Icnofósiles, son las huellas o rastros que el organismo dejó en vida, y que también son considerados huellas fósiles, aportando información sobre su desplazamiento, hábitat, y otros comportamientos. Son icnofósiles las pisadas de los dinosaurios, los rastros dejados por invertebrados en su desplazamiento, los huecos de sus nidos o madrigueras rellenados posteriormente por sedimentos, etc. 
• Gastrolitos, son piedras que se encuentran en el interior del estómago de ciertos animales, como aves o algunos dinosaurios, y que también se pueden encontrar como fósil, aportando información sobre su alimentación. 
• Coprolitos, son los excrementos de los animales, que en condiciones especiales fueron cubiertas de sedimento con rapidez, llegando a convertise en fósil. Aportan también información sobre sus hábitos alimenticios.

Conocemos como fosilización al proceso que sufre el ser fallecido para convertirse en fósil. 

Para que un ser vivo se convierta en fósil tras su muerte, deben suceder una serie acontecimientos que permitan cumplir el proceso de fosilización. Entre ellas resulta muy importante un rápido enterramiento de su cuerpo, o al menos de su mesoexqueleto, para evitar la descomposición o ser devorado por carroñeros.

Aunque en ocasiones se han fosilizado restos de tejido blando, no es lo habitual, siendo lo más común que las partes fosilizadas se correspondan con huesos, dientes, conchas, madera u otras partes duras del ser vivo. La acción del agua y los elementos químicos disuelven las sustancias originales, que posteriormente son sustituidas por otras procedentes de las rocas y minerales que lo rodean, como sílice, caliza, compuestos de hierro, etc. 

Con el paso del tiempo, se van acumulando sucesivos estratos de sedimento, lo que provoca que el fósil esté sometido una gran presión, favoreciendo las reacciones químicas y compactando el material que conforma el fósil. 

Los movimientos orogénicos levantarán los estratos, que tras sufrir el proceso de fractura y erosión, dejará al descubierto los ejemplares fósiles de aquellos seres vivos que habitaron nuestro planeta hace millones de años.

Se conocen varios tipos de fosilización en base a las características del entorno en que se ha producido la sedimentación, los elementos químicos del entorno, y el resultado final del fósil:

• Permineralización: Es aquella en la que el cuerpo es sustituido por los minerales de los sedimentos que lo rodean, de modo que terminan por petrificarse. Ejemplo, los invertebrados con su concha original. 
• Moldes naturales: Son los producidos por el asentamiento del cuerpo sobre un sedimento, de manera que deja una huella o molde, pero el cuerpo original no llega a fosilizar. Posteriormente el hueco es rellenado por otros materiales y forma un molde. Ejemplo, los fósiles de moluscos que representan el hueco dejado por el animal. 
• Preservación: Se trata de un proceso excepcional, pues se conservan los seres casi intactos. Se produce cuando son cubiertos rápidamente por una sustancia que los mantenga intactos, como el caso de la resina que se convierte en ámbar, preservando en su interior el ser en su forma original. 
• Comprensión: Se forma cuando el ser es depositado en un fondo blando y los sucesivos sedimentos que lo recubren están sometidos a grandes presiones de forma que el fósil queda comprimido. 

Conocemos como fósiles guía o fósiles característicos a aquellos que, debido a su corta presencia temporal, nos permiten datar los estratos donde se encuentran. Son utilizados por los paleontólogos y los geólogos para estimar la antigüedad de las rocas donde se encuentran.

Para ello deben ser fósiles de fácil identificación, ser muy comunes en una amplia zona geográfica y tener una evolución muy rápida para que queden asignados a un periodo muy corto de tiempo geológico. Así por ejemplo, en el caso de los ammonites, la presencia en un estrato del género Neocosmoceras nos da la información de que nos hallamos ante estratos datados en el Berriasiense (Cretácico inferior), pero si además podemos afirmar que se trata de la especie Neocosmoceras sayni, seríamos capaces de afirmar que se encuentra no solo en el Berriasiense, sino que podríamos afinarlo a la zona Boissieri. 

Conocemos como registro fósil al conjunto de restos de seres o sus huellas dejadas en las rocas sedimentarias principalmente, incluyendo al conjunto de los fósiles existentes, debidamente estudiados y clasificados por su situación cronológica y por su taxonomía. La suma de los conocimientos que estos fósiles presentan, son utilizados por los paleontólogos para determinar los acontecimientos acaecidos y establecer una cronología de todos los seres vivos que han habitado este planeta durante millones de años. Todos ellos componen la prueba fundamental que evidencia la vida en el pasado y su evolución biológica. 

Aunque el término "yacimiento paleontológico" es algo ambiguo, entendemos por tal aquellos lugares donde afloran las rocas que contienen fósiles en modo relevante por su cantidad o por su rareza. Decimos que es algo ambiguo porque se utiliza tanto para denominar a los sitios exactos donde aparecen los fósiles, como a la localidad, que por su cantidad o variedad, tiene afloramientos de cierta relevancia. Así mismo, un yacimiento paleontológico puede ser un afloramiento de fósiles de escasos metros cuadrados, una localidad donde abundan dichos afloramientos, o una sierra o espacio rural en su conjunto que contiene diversos afloramientos dispersos en una amplia área. 

Estos sitios son estudiados y documentados, y sirven para ampliar los conocimientos sobre la fauna existente y sobre la edad y posición estratigráfica de los mismos. 

Para poder establecer la edad de los fósiles, y extraer toda la información paleontológica que contienen, es necesaria una datación de los ejemplares, que se puede llevar a cabo por dos métodos distintos: 

• Datación relativa. Con este método establecemos la edad de un fósil respecto de otros fósiles o capas de roca sedimentaria. No nos da la edad exacta, sino que nos indica la posición que ocupa cronológicamente respecto de los otros fósiles. De este modo podremos conocer si un fósil es más antiguo o más joven que otros con lo que se esté comparando. Si bien el hecho de poderlo establecer dentro de un estrato del cual sí sabemos el segmento temporal que ocupa, nos permite datar el fósil dentro de un espacio temporal relativamente corto en términos geológicos. Para ello utilizamos

1. Estratigrafía:  Analiza los estratos que contienen los fósiles y los ordena cronológicamente. 
2. Bioestratigrafía:  Utiliza los fósiles guía para establecer, por medio de comparación, el periodo de tiempo al que pertenece el fósil. 

• Datación absoluta. Es la que por medio de métodos químicos, puede llegar a establecer una edad determinada del fósil. Para ello se utilizan varios métodos:

1. Carbono 14: Utiliza la desintegración del Carbono 14 contenido en los restos para establecer la edad de los fósiles. Este método se utiliza para fósiles jóvenes, de hasta 50.000 años.
2. Potasio-Argón: Establece la edad del fósil analizando la desintegración del Potasio 40 a Argón 40. Se utiliza para datar fósiles antiguos, de varios millones de años. 
3. Uranio-Plomo: Se utiliza para establecer la edad de las rocas más antiguas, a través de la medición de la desintegración del Uranio a Plomo.