Većina zemljine površine prekrivena je vrstom stijena koja se naziva sedimentna, jer nastaje od slojeva sedimenta koji se grade jedan na drugom. Jedna od karakterističnih osobina sedimentnih stijena je velika količina fosila koje sadrže. Sve vrste izumrlih biljaka i životinja sačuvane su u pijesku, mulju ili mulju iz davnina.
S vremenom su životinjski leševi na površinama sedimentnih stijena prekriveni muljem. Kosti prolaze kroz mineralizaciju, pri čemu minerali zamjenjuju izvorne organske tvari i ostavljaju odljevak organizma. Tijekom dugog vremena organizam biva potpuno zamijenjen trajnim mineralima. Kod petrifikacije drva celuloza i drvenasta vlakna zamjenjuju se mineralima kao što je silicij.
Čak su i osjetljive značajke ponekad sačuvane u fosilima. Oči muha i nježna krila leptira pronađeni su sačuvani u fosilima. Međutim, većina fosila su debele školjke ili kosturi. Životinje s trajnim fosilima također su neke od najčešće proučavanih i najrazumljivijih.
Iznenađujuće je da se nešto tako meko i suptilno poput pijeska može pretvoriti u nešto tako kruto kao fosil. Razlog je u tlaku kojem se sedimenti podvrgavaju kako se sve dalje zakopavaju. Za svakih 100 stopa (31 metar) dubine, prosječna temperatura raste za oko 1°C. Prosječni tlak raste oko 1 ppsi (funta po kvadratnom inču), ili oko 7 kilopaskala, za svaku stopu (31 centimetar) dubine. Povećani tlak i temperatura dovode do procesa zvanog zbijanje, pri čemu se osjetljive čestice u sedimentu tijesno prerađuju jedna u drugu i postaju stijena.
Blato se tijekom procesa zbijanja pročišćava od vode i postaje kamen. Ponekad povećana toplina dovodi do toga da materijal prolazi kroz kemijske transformacije, zvane cementiranje, što uzrokuje da minerali kao što su kalcit, silicij i željezni oksid stvaraju filmove na površini sedimenta. Tako nastaju fosili. Minerali također zauzimaju zračne džepove između molekula pijeska.
Fosili također mogu sačuvati stvari osim stvarnih tijela. Pronađeni su otisci stopala, tragovi, staze i jazbine. Budući da je sam ugljen zbijena vegetacija, u njemu se mogu pronaći mnogi fosili.