化石根据其可以保存的特点，可以分为实体化石、模铸化石、遗迹化石和化学化石四类。
1.实体化石
指生物的遗体或其一部分保存为化石。在极为特殊的情况下，由于密封、冷藏、干燥等条件避开了空气的氧化和细菌的腐蚀，其硬体和软体未遭受变化，可以比较完整地保存下来的化石。例如猛犸象（1901年在第四纪冰期西伯利亚冻土层中发现，其生存于距今25000年以前，不仅骨骼完整，连皮、毛、血肉，甚至胃中食物都保存完整）（图1-2）。又如我国抚顺煤田古近系抚顺群（始新统至渐新统）琥珀中常见保存完整的蚊、蜂和蜘蛛等昆虫化石（图1-1）。此外，气候干燥使生物体失去水分而被保存为干尸（木乃伊）。
2.模铸化石
是生物遗体在底质或围岩中留下的各种印痕和复铸物。虽然并非实体本身，但却能反映生物体的主要特征。按其与围岩的关系分为以下四种类型：
印痕 专指生物死后，遗体沉落在松软细密底层上留下的印痕（impression）。生物遗体已损毁消失。常见的印痕化石有植物叶片、动物触角、腔肠动物的水母等。
印模 主要指生物硬体（如贝壳等）在围岩上印压的模（mold）。可分外模和内模。外模是硬体外表的印模；内模是硬体内表的印模。印模化石都能反映原物的形态构造特征，但其上的纹饰构造则与原物表面凹凸相反。
核 核化石含有整体之意，能反映生物形态、大小、纹饰等特征。核有内核、外核之分。有的生物如双壳类（图1-4），闭合的双壳中软体腐坏消失留下的空间，为泥沙所填充，形成与原空间形状大小相等的完整实体，是为内核（internal core）。内核的表面亦即内模。同样，如果壳内空间尚未充填而其空间恬与原壳空间同形等大，此空间若再被填充，围岩上原印压的外模，反印于填充物之上，即形成与原壳形状大小一致而成分均一的整体，称为外核（external core），亦可称为复型（replica），即原壳体的复型。
铸型 生物壳体埋于沉积物中，已形成外模和内核，然后壳体被溶蚀，所留空隙再为其他物质填充，即成为原来生物遗体的铸型（cast）。铸型与外核表面一致，皆与未变或变化实体化石相似，但未保存遗体内部构造，且成分与原物完全不同。铸型与外核区别为后者不含内核。
图1-4 模铸化石及其形成过程
（据谭光弼等，1983）
1—双壳类闭合的壳瓣及软体；2—软体腐坏消失，壳被掩埋；3a—壳内空间被填充；4a—壳被溶蚀，形成内核；3b—壳内未填充，壳被溶蚀，4b—整个空间被填充而形成外核（复型）；3c—壳内空间被填充，4c—壳被溶蚀，且空隙填以其他物质，形成铸型
3.遗迹化石
保留在岩层中的生物生活活动的痕迹和遗物被称为遗迹化石。遗迹化石对于研究生物活动方式和习性，以及恢复古环境有重要意义。
遗迹化石中脊椎动物的足迹是最吸引人的。从足迹上看是爪印还是蹄印，可推知该动物是食肉的还是食草的。我国曾发现不少足迹化石，如陕西神木东山崖侏罗系的禽龙足迹（图1-5，1）是最大的足迹化石之一。
无脊椎动物中蠕形动物的爬迹，舌形贝和蠕虫类的潜穴，以及一些生物的觅食迹（图1-5，2）都是常见的遗迹化石。
图1-5 遗迹化石
（据武汉地质学院古生物教研室，1980）
1—禽龙足迹化石（×0.1）；2—蠕虫觅食迹（右图是左图的局部放大）；3—鱼粪化石（产于贵州桐梓，白垩系，约×0.78）；4—北京周口店山顶洞人的石器
遗迹化石还包括动物的排泄物或卵（蛋化石）。各种动物的粪团、粪粒还可形成粪化石。鱼粪化石（属于粪团化石中的一种）比较常见，如贵州桐梓青杠哨白垩系中找到的鱼粪化石（图1-5，3）。鉴定粪化石可以根据形态、大小、物质成分进行，如螺旋状的粪化石就可能是具有螺旋瓣肠道的鱼类排泄物。爬行类和鸟类的蛋化石比较常见。我国白垩纪地层中的恐龙蛋化石是世界著名的，在山东莱阳地区以及广东南雄均发现成窝垒叠起来的恐龙蛋化石。我国黄土高原第四纪的土质地层里也常发现完整的鸵鸟蛋化石。
自从人类出现以后，古代人类的劳动工具、文化遗迹等可归属于化石，但须指出这是指旧石器时代的遗物。例如，北京山顶洞人使用过的石器（图1-5，4）和骨器等。而新石器时代的遗物，一般属于文物考古的范畴。
4.化学化石
地史时期生物有机质软体部分虽然遭受破坏未能保存为化石，但分解后的有机成分，如脂肪酸、氨基酸等仍可残留在岩层中。这些物质仍具有一定的有机化学分子结构，虽然常规方法不易识别，但借助于一些现代化的手段和分析仪器，仍能把它们从岩层中分离或鉴别出来，进行有效的研究。目前，人们已从岩层中分离出多糖、核苷酸、嘧啶、烃类和各种氨基酸。这些重大进步，推动了当代分子古生物学、古生物化学和生物成矿作用等新兴学科的迅速发展，对探索生命起源，阐明生物发展历史，以及对生物成因的矿产的探查和研究都有重要意义。
5.化石的采集
野外采集化石时，应结合地质勘查工作进行，一般应选择地质构造简单和较为完善的地质剖面，按岩层生成顺序自下而上进行。
在详细记录每一岩层的岩性、产状、接触关系、厚度及一些特殊的无机因素标志（波痕、干裂、雨痕等）的同时，逐层采集化石并按层序编录，指出化石在剖面中的位置。
化石在岩层中的分布不均匀，有时集中在个别层位，甚或不大的透镜体中，要细心观察以免遗漏重要的化石层位。采集时各门类化石均应尽量采集，数量要多，包括完整的化石、特征明显的碎片以及外模和内核等标本。在采集时还应注意各类化石的数量比例、分布状况（均匀或集中）、保存程度、排列方位、生活遗迹等资料。
每一化石标本均应附有标签，记录编号、产地层位等，并妥善包装运回室内。