化石化作用（fossilization）是将古代生物遗体、遗迹保存成化石的各种作用，包括古代生物遗体、遗迹被沉积物掩埋、保存、石化以及模铸形成等各种作用。过程中生物遗体将经历一系列物理作用和化学作用的改造，但是化石仍然保留着生物面貌及部分生物结构。古代生物中绝大部分死后都腐烂毁坏，或为其他生物所食，不易保存。一般只有具备硬体的生物，死后又很快地被沉积物所掩埋，再经石化作用而保存为化石，所以化石多是生物的硬体部分。水生生物保存化石的机会又远较陆生生物为多。但在密封、冷冻等一些特殊条件下，也可将古代生物完整地保存下来，如冻土层中的猛犸象，煤层内琥珀中的昆虫等。化石化作用还包括形成模铸化石的各种作用等。

化石化作用是指随着沉积物变成岩石的成岩作用，埋藏在沉积物中的生物遗体而经历了物理作用和化学作用的改造，但是仍然保留着生物面貌及部分生物结构的作用。

化石化作用有三种方式：矿物质填充作用、交替作用和升馏作用。

矿物质填充作用

矿物质填充作用是指，某些无脊椎动物外壳或脊椎动物骨骼中的有机物分解消失以后留下了中空的部分，在地层下被埋藏日久以后，溶解在地下水中的矿物质（主要是碳酸钙）往往在其孔隙中经重结晶作用变成了较为致密、坚实、并且增加了重量的实体化石。

交替作用

交替作用是指，生物硬体的组成物质在埋藏情况下被逐渐溶解，再由外来矿物质逐渐补充替代的过程。在这个过程中，如果溶解和交替速度相等，而且以分子相交换，就可以保存原来的细微结构。如硅化木。常见的交替物质有二氧化硅、方解石、白云石、黄铁矿等，相应的过程就可以叫做硅化、方解石化、白云石化和黄铁矿化。

升馏作用

升馏作用是指古生物遗体在被埋藏之后，不稳定成分分解、可挥发物质往往首先挥发消失，最后只留下碳质薄膜而保存下来的过程。这个过程也称为“炭化”。