Suurin osa maan pinnasta on sedimenttikiven kaltaista kalliota, koska se muodostuu sedimenttikerroksista, jotka rakentuvat päällekkäin. Yksi sedimenttikivien ominaispiirteistä on niiden sisältämien fossiilien suuri määrä. Kaikenlaiset sukupuuttoon kuolleet kasvit ja eläimet säilyvät hiekassa, lietteessä tai mudassa kauan sitten.
Ajan myötä sedimenttikivipinnoilla olevat eläinten ruumiit peittyvät lietteestä. Luut käyvät mineralisoituneiksi, jolloin mineraalit korvaavat alkuperäiset orgaaniset aineet jättäen organismin valetuksi. Pitkän ajan kuluessa organismi korvataan kokonaan kestävillä mineraaleilla. Puun kivenmuodostuksessa selluloosa ja puukuidut korvataan mineraaleilla, kuten piidioksidilla.
Jopa herkät piirteet säilyvät joskus fossiileissa. Kärpästen silmät ja perhosten herkät siivet on löydetty säilyneinä fossiileissa. Suurin osa fossiileista on kuitenkin paksuja kuoria tai luurankoja. Eläimet, joilla on pysyviä fossiileja, ovat myös joitakin laajimmin tutkituista ja ymmärretyimmistä.
On yllättävää, että niin pehmeä ja hienovarainen asia kuin hiekka voi muuttua jäykäksi kuin fossiili. Syy on paineessa, että sedimentit käyvät läpi, kun ne haudataan yhä kauemmas. Jokaisen 100 metrin (31 metrin) syvyyden keskilämpötila nousee noin 1 ° C. Keskimääräinen paine kasvaa noin 1 ppsi (kiloa neliötuumaa kohden) tai noin 7 kilopascalia jokaista jalkaa (31 senttimetriä) kohti. Paineen ja lämpötilan nousu johtaa prosessiin, jota kutsutaan tiivistymiseksi, jolloin sedimentin herkät hiukkaset työstetään tiiviisti toisiinsa ja niistä tulee kiviä.
Muta puhdistetaan vedestä tiivistymisprosessin aikana, jolloin siitä tulee kallio. Joskus lisääntynyt kuumuus johtaa materiaalin kemiallisiin muutoksiin, joita kutsutaan sementiksi, mikä aiheuttaa mineraaleja, kuten kalsiittia, piidioksidia ja rautaoksidia, kerääntymään kalvoja sedimentin pinnalle. Näin fossiileja syntyy. Mineraaleilla on myös ilmataskuja hiekkamolekyylien välissä.
Fossiilit voivat myös säilyttää muita asioita kuin todelliset ruumiit. Jalanjälkiä, jälkiä, polkuja ja uria on löydetty. Koska hiili itsessään on tiivistynyttä kasvillisuutta, sen sisältä löytyy monia fossiileja.