Större delen av jordens yta är täckt av en typ av sten som kallas sedimentär, eftersom den bildas från lager av sediment som byggs ovanpå varandra. En av de karakteristiska egenskaperna hos sedimentära bergarter är den höga mängden fossiler som de innehåller. Alla typer av utdöda växter och djur finns bevarade i sand, silt eller lera från gamla åldrar.
Med tiden täcks djurkroppar på sedimentära bergytor av silt. Benen genomgår mineralisering, varvid mineraler ersätter de ursprungliga organiska ämnen för att lämna en avgjutning av organismen. Under lång tid ersätts organismen helt av hållbara mineraler. Vid förstening av trä ersätts cellulosa och träfiber med mineraler som kiseldioxid.
Även ömtåliga drag finns ibland bevarade i fossiler. Flugornas ögon och fjärilarnas ömtåliga vingar har hittats bevarade i fossiler. Majoriteten av fossilerna är dock tjocka skal eller skelett. Djur med bestående fossil är också några av de mest studerade och förstådda.
Det är förvånande att något så mjukt och subtilt som sand kan förvandlas till något så stelt som ett fossil. Anledningen är den trycksättning som sediment genomgår när de begravs längre och längre. För varje 100 fot (31 meter) djup ökar medeltemperaturen med cirka 1°C. Medeltrycket ökar med cirka 1 ppsi (pund per kvadrattum), eller cirka 7 kilopascal, för varje fot (31 centimeter) djup. Det ökade trycket och temperaturen leder till en process som kallas kompaktering, där de ömtåliga partiklarna i sedimentet tätt arbetas in i varandra och blir till sten.
Lera renas från vatten under packningsprocessen och blir sten. Ibland leder den ökade värmen till att materialet genomgår kemiska omvandlingar, så kallade cementering, vilket gör att mineraler som kalcit, kiseldioxid och järnoxid bygger upp filmer på ytan av sedimentet. Det är så fossiler tillverkas. Mineralerna upptar även luftfickor mellan sandmolekylerna.
Fossiler kan också bevara andra saker än faktiska kroppar. Fotspår, spår, stigar och hålor har hittats. Eftersom kol i sig är komprimerad vegetation, kan många fossil hittas inom den.