古生物學的研究對象是化石。化石能證明古代生物的存在。

古生物怎樣才能變成化石呢？
 
從生物體本身來說，要使遺體成為化石，一般要具有有利於保存的生物體結構，主要是生物體中的硬體。無脊椎動物外殼、貝殼、甲殼，脊椎動物的骨骼，特別是牙齒，植物的樹幹、纖維和孢子及花粉等，都容易形成化石。
 

從外部環境來說，必須有掩蓋物將遺體迅速掩埋起來，免遭生物、機械和化學的破壞。一般說來，掩蓋物質粒度愈小（如淤泥、細砂等）、愈多、沉積作用寧靜而快，再加上保存時沒有生物破壞或具有防腐作用，就容易形成完整而精美的化石。
 
化石一般保存在沉積岩中，但在火山岩、熔岩中有時也有發現。經過變質和地殼變形，多數化石都有不同程度的破壞。有些化石經過搬運，再沉積到較新的地層中去。這類化石稱再沉積化石。

生物死亡留下遺體（包括落葉、蛻殼、脫羽等未死亡的生物留下的），經沉積物的埋葬、成岩作用和地質作用而最終形成化石。

地層中的化石按其保存的特點，可分為實體、遺跡和化學化石三大類。
 
實體化石，是指生物遺體或與遺體有關的化石。遺跡化石，通常指古代生物生活活動時，在底質沉積物表面或內部留下的活動痕跡。
 
現代化學研究表明，古代生物遺體雖已消失，但組成生物體的一些有機物，能未經變化或輕微變化地保存在各個時代的地層中。
 
這些古老有機物分子，都具有一定的化學分子結構，能證明古代生物的存在，稱為化學化石。