化石的形成原因，可歸納出以下幾種：

1. 原物保存的方式：如果生物死亡後未受細菌腐化、分解、或破壞整個生物的肉體的肉質和骨骼構造，都能成為化石。
2. 經過交換作用形成的化石：生物死亡後，在地層中，在成岩過程中，如受到礦化、 溶解、取代、脫水、再結晶等物理及化學作用，改變其硬殼或骨骼之物理結構或化學成分。這類化石的形狀和原物相同，但成分完全不同了。
3. 碳化的化石：煤、石油、天然氣等化石燃料，是古代生物遺體在特定的地質環境中，經過漫長時間和高溫高壓的作用而生成。

除了生物殼體的「實體化石」之外，還有一種「生痕化石」。生痕化石是指數百萬年前生物居住、攝食或爬行時，所留下的痕跡；經過砂泥長期的掩埋，便形成生物痕跡的化石。生痕化石是當年生物在原地留下來的活動記錄，因此最能直接顯示當時的環境特性。