Didžioji dalis žemės paviršiaus yra padengta tam tikros rūšies uolienomis, vadinamomis nuosėdinėmis, nes susidaro iš nuosėdų sluoksnių, besikaupiančių vienas ant kito. Viena iš būdingų nuosėdinių uolienų savybių yra didelis jose esančių fosilijų kiekis. Visų rūšių išnykę augalai ir gyvūnai yra saugomi smėlyje, dumble ar purve nuo senų amžių.
Laikui bėgant gyvūnų lavonai ant nuosėdinių uolienų paviršių pasidengia dumblu. Kaulai mineralizuojasi, kai mineralai pakeičia originalias organines medžiagas ir palieka organizmo sluoksnį. Ilgą laiką organizmas visiškai pakeičiamas patvariais mineralais. Suakmenėjus medienai, celiuliozės ir medienos pluoštai pakeičiami mineralais, tokiais kaip silicio dioksidas.
Fosilijose kartais išsaugomi net subtilūs bruožai. Musių akys ir gležni drugelių sparnai buvo išlikę fosilijose. Tačiau dauguma fosilijų yra stori kriauklės arba skeletai. Gyvūnai, turintys ilgalaikių fosilijų, taip pat yra vieni plačiausiai tyrinėtų ir suprantamų.
Stebina tai, kad kažkas tokio minkšto ir subtilaus kaip smėlis gali virsti kietu kaip fosilija. Priežastis yra slėgis, kurį patiria nuosėdos, kai jos yra palaidotos vis toliau. Kiekvienam 100 pėdų (31 metro) gylio vidutinė temperatūra pakyla maždaug 1 °C. Vidutinis slėgis padidėja maždaug 1 ppsi (svaru kvadratiniame colyje) arba maždaug 7 kilopaskaliais kiekvienai pėdai (31 centimetrui). Padidėjęs slėgis ir temperatūra sukelia procesą, vadinamą tankinimu, kurio metu nuosėdose esančios subtilios dalelės yra glaudžiai susiliejančios viena su kita ir tampa uoliena.
Purvas išvalomas nuo vandens tankinimo proceso metu, virsdamas akmeniu. Kartais dėl padidėjusios šilumos medžiagoje vyksta cheminiai virsmai, vadinami cementavimu, dėl kurių mineralai, tokie kaip kalcitas, silicio dioksidas ir geležies oksidas, nuosėdų paviršiuje sukuria plėveles. Taip gaminamos fosilijos. Mineralai taip pat užima oro kišenes tarp smėlio molekulių.
Fosilijos taip pat gali išsaugoti kitus dalykus nei tikri kūnai. Rasti pėdsakų, takelių, takų ir urvų. Kadangi pati anglis yra sutankinta augmenija, joje galima rasti daug fosilijų.