Les fossiles peuvent être classés en cinq types, en fonction de leur processus de préservation. Quand un organisme est enterré par les sédiments, il peut laisser derrière lui un fossile si le sédiment est transformé en roche. Les impressions laissées dans la roche par les organismes ne sont pas des matériaux originaux tels que le tissu et le squelette de la créature. Le matériau organique est remplacé, transformé ou dissous au cours du temps géologique.

Permineralisation

Après l'enterrement d'un organisme, les espaces vides peuvent être envahis par les eaux souterraines. Si l'eau est riche en minéraux, ils vont se précipiter ou se cristalliser dans la même forme que l'organisme. Les cristaux remplissent et remplacent l'organisme, qui se dissout. Si l'organisme se désintègre lentement, alors plus de cristaux peuvent se former, fournissant un niveau de détail plus élevé. Souvent, l'organisme est complètement éliminé au fil du temps par dissolution ou désintégration. Les cavités créées lorsque l'organisme disparaît peuvent se remplir de sédiments. Une fois l'organisme disparu, seule une empreinte est laissée dans la roche. Si un fossile est une empreinte négative de l'extérieur d'un organisme, alors un moule est formé. Si l'organisme est rempli par des sédiments, alors il s'agit d'un plâtre.

Recristallisation

Si la matière organique n'est pas éliminée, elle peut être modifiée pour devenir une partie du fossile. La chaleur et la pression provenant de l'enfouissement dans les sédiments peuvent modifier la structure du matériau d'origine de l'organisme. Le calcium dans les os peut recristalliser en calcite ou en aragonite. Les composés dans un organisme qui sont recristallisés sont réarrangés pour former de nouveaux minéraux. La recristallisation se produit le plus souvent dans les os ou les coquilles riches en calcium.

Carbonisation

Les êtres vivants contiennent de grandes quantités de carbone. Quand ils sont enterrés et comprimés, ils peuvent se transformer en moisissures noires foncées de l'organisme original. Une chaleur et une pression intenses écrasent le fossile et le déforment. Avec suffisamment de chaleur et de pression, le charbon se forme. Les fossiles de feuilles de plantes se trouvent non déformés mais carbonisés car ils se déposent à plat et sont bidimensionnels. Le matériau n'est pas éliminé par carbonisation, mais modifié.

Bioimmuration

Les formes de vie croissent parfois les unes sur les autres. La vie marine telle que le corail crée des structures entrelacées qui consomment fréquemment ou entourent d'autres morceaux de corail ou d'éponge de mer. Des moisissures ou des cavités peuvent être laissées à l'intérieur des restes fossiles de coraux, qui sont eux-mêmes des fossiles séparés. Un organisme sans coquille dure laissera derrière lui des espaces vides dans la plus grande créature qui l'entoure.