Prijelazni fosili su fosili prijelaznih oblika života koji predstavljaju evolucijski most između dvije prepoznate skupine. Prijelazni fosili su među najjačim dokazima u prilog Darwinovoj teoriji evolucije i prirodne selekcije, ali su nedovoljno priznati. Mnogi ljudi vjeruju da postoji više praznina u prijelaznom fosilnom zapisu nego što ih zapravo postoji. U stvarnosti su poznate stotine važnih prijelaznih oblika.
Jedan od prvih očitih prijelaznih fosila je Pikaia gracilens, pojednostavljeni organizam nalik lancetama pronađen u škriljevcu Burgess (prije 505 milijuna godina) kao i u lancu Flinders u Australiji (prije 560 milijuna godina). Pikakia je prijelazni fosil između beskralježnjaka i kralježnjaka (Chordata), koji prikazuje primitivnu notokordu, preteču kralježnice. Pikakia je u prosjeku bila duga 1 1/2 inča (5 cm) i plivala je iznad morskog dna, gdje je vjerojatno jela mikrofaunu i čestice hrane. Pikakia se relativno slabo fosilizira, do sada je pronađeno samo 60 primjeraka.
Kasniji prijelazni fosil je riba s režnjevima Tiktaalik, proto-tetrapod koji je živio prije otprilike 375 milijuna godina, tijekom kasnog devonskog razdoblja. Tiktaalik peraje prikazuju osnovne kosti zapešća i jednostavne prste, pokazujući da su nosile težinu i da je životinja barem u ograničenim napadima na kopno. Tiktaalik se smatra prijelaznim fosilom između ribe i tetrapoda. Budući da pokazuje karakteristike oba, Tiktaalik i slični fosili su nazvani “ribopodi”.
Još jedan prijelazni fosil, jedan od najpoznatijih, je Archaeopteryx, prijelaz između ptica i dinosaura. Arheopteriks je živio prije 155-150 milijuna godina, tijekom kasnog jurskog razdoblja. Prvi potpuni kostur najavljen je 1862. godine, a vrsta je postala ključni dokaz koji se koristio za obranu teorije evolucije u njezinim povojima. Archeopteryx bi mogao narasti do 0.5 m (1.6 stopa) u duljinu, i unatoč svojoj površnoj sličnosti s pticama, zapravo ima više zajedničkog s malim malim teropodnim dinosaurima.
Pronađeni su mnogi prijelazni fosili između ljudi i naših neposrednih predaka, čimpanza. Budući da su ove vrste živjele relativno nedavno, tek u posljednjih nekoliko milijuna godina, ovi su fosili obično bolje očuvani od onih starijih. Homo habilis i Homo erectus dva su uobičajena primjera takvih prijelaznih fosila, koji nam govore mnogo o evoluciji hominida.