地层中的化石按其保存特点可分为实体化石、模铸化石、遗迹化石和化学化石4大类。
实体化石
实体化石 指由生物遗体的全部或一部分保存而成化石,其中大多数保存了生物的硬体部分如外壳、骨骼等。实体化石又可分为未变实体化石、微变硬体化石、石化化石3种。
模铸化石
模铸化石 生物遗体在岩层中所留下的印痕及在其所遗空腔中的填充物，均被称为模铸化石，它们不是生物的遗体,不同于以上3种实体化石。根据化石与周围岩石的关系可以分为许多种保存形式。
遗迹化石的一种--足迹化石
遗迹化石 古代生物在其生活活动过程中所留下的痕迹和活动产物，保存为化石后，被称为遗迹化石或痕迹化石。由于遗迹化石多不与实体化石和模铸化石同时发现，尤其在缺少实体和模铸化石的地区，遗迹化石可以在地层划分和对比及判断古沉积环境和古地理条件等方面服务。专门研究遗迹的科学称为遗迹学，专门研究遗迹化石的叫古遗迹学。由于对遗迹化石很难进行生物学分类，大都依其所反映的行为习性分为栖息迹、爬行迹（包括足迹和移迹）、牧食迹、觅食迹、居住迹（包括潜穴、钻孔）、捕食迹（包括创伤、胃残余物、粪化石和粪粒化石）。
在遗迹化石中还可包括胃石、蛋化石和卵粒化石,不过其中有些应列入实体化石中，如蛋及卵粒。而同样属于遗迹性的环节动物的虫管化石，以及与生物活动有关的沉积构造如叠层石和核形石等却常放在有关的生物化石中讨论，尽管有人主张也应归入遗迹化石。
化学化石 近来通过化学分析，发现沉积物中的生物遗体虽已消失，但组成生物的一些生物化学物质却仍留存在岩层中，如多种氨基酸、烃、核苷酸、嘌呤和蛋白质等。这些都被称为化学化石，不过化学化石并不能与生物分类相联系,甚至只能表明曾有某种生物存在。但在材料丰富的情况下与现生物对比，还是可以在地层对比和生命起源等方面提供必要的证据。