Фоссилии обычно представляют собой останки или отпечатки животных и растений, сохранившиеся в почве, камнях, затвердевших смолах. Довольно часто таким образом сохраняются только твёрдые части тела животного — раковины, зубы, кости, которые нередко замещаются минеральным веществом. Мягкие же ткани разлагаются, однако по результатам их взаимодействия с окружающим материалом (изменению формы или химического состава) иногда можно судить о мягких тканях окаменевшего организма. 

К фоссилиям относят также законсервированные следы, например, ног организма на мягком песке, глине или грязи. Под фоссилиями могут пониматься любые несовременные остатки или следы живых организмов, однако часто этот термин применяется в более узком смысле для обозначения лишь тех остатков и следов, которые встречаются в доплейстоценовых отложениях и прошли процесс фоссилизации. Такие остатки и следы также называют окаменелостями.