Fossielen zijn overblijfselen van een plant of dier, die geconserveerd zijn in gesteente. Meestal worden alleen de harde delen van een organisme (zoals botten en tanden) fossiel. Dit komt omdat de zachte delen vaak wegrotten. Weefsel wordt alleen bewaard als het snel bedolven raakt onder een laag zand, modder, of klei die het afschermt tegen iedere vorm van rotting of vraat. Met alleen de harde delen van het organisme is het soms moeilijk een goed beeld te vormen van het complete organisme.
In tegenstelling tot wat op menig website over fossielen te vinden is hoeft een fossiel niet 'versteend' te zijn. Fossielen zijn geconserveerd. Ook de bewering dat fossielen 10.000 jaar oud moeten zijn is ontkracht. Er zijn namenlijk veel jonge fossielen bekend, die ontstaan zijn in voor mensen bekende periodes. De informatie over fossielen blijft echter beperkt en incompleet omdat overblijfselen van leven slechts fossiliseren onder specifieke omstandigheden zoals bedolven worden onder een laag zand, modder of klei.
Naast resten die van organismen zelf afkomstig zijn worden ook sporen die door organismen zijn gemaakt tot de fossielen gerekend. Hiertoe behoren bijvoorbeeld coprolieten (gefossiliseerde uitwerpselen) en sporenfossielen zoals pootafdrukken en graafgangen. Van sporenfossielen is het niet altijd mogelijk om vast te stellen van welk dier ze afkomstig zijn. Ze krijgen daarom vaak hun eigen taxonomische benaming.
Er bestaan een aantal vormen van fossilisering, de overgang van een organisme in een fossiel, oftewel, het geheel van processen dat de levende materie omzet in een gemineraliseerd overblijfsel. In barnsteen worden bijvoorbeeld complete insecten ingesloten odmat er een goede afsluting tegen oxidatie is. Barnsteen is fossiele hars die afkomstig is van naaldbomen.