歷史上一些關(guān)鍵化石發(fā)現(xiàn)改變了我們對生命歷史的認(rèn)知。始祖鳥化石作為早的鳥類之一，展示了羽毛和爬行類特征的結(jié)合，是進(jìn)化論的經(jīng)典證據(jù)。提塔利克魚化石則記錄了魚類向四足動物過渡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有類似手腕的結(jié)構(gòu)和簡單的肺。在中國發(fā)現(xiàn)的中華龍鳥等帶羽毛恐龍化石，填補(bǔ)了恐龍與鳥類之間的演化空白。

澄江生物群和布爾吉斯頁巖等特異埋藏化石庫保存了大量軟軀體生物，揭示了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的壯觀景象。露西化石作為早期人類祖先的代表，為人類起源研究提供了重要線索。這些里程碑式的發(fā)現(xiàn)不僅解決了重大科學(xué)問題，也常常引發(fā)公眾對古生物學(xué)的廣泛關(guān)注。

化石也是重建古環(huán)境的鑰匙。通過分析化石組合和個體特征，科學(xué)家能推斷古代溫度、鹽度、水深等環(huán)境參數(shù)。例如，珊瑚化石的分布指示古氣候帶，植物葉片形態(tài)反映古降水模式。在資源勘探領(lǐng)域，某些微體化石是指示油氣儲層的良好標(biāo)志。此外，化石在科學(xué)教育、博物館展示和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)中也發(fā)揮著重要作用，激發(fā)公眾對自然歷史的興趣。

傳統(tǒng)化石研究方法包括野外采集、實驗室處理和形態(tài)學(xué)分析。古生物學(xué)家通過系統(tǒng)的地層調(diào)查和化石采集，獲取研究標(biāo)本。在實驗室中，化石需要經(jīng)過精心修理（去除圍巖）、加固和復(fù)原。比較解剖學(xué)方法通過對比化石與現(xiàn)生生物的形態(tài)特征，推斷其分類位置和生物學(xué)特性。

化石的科學(xué)定義是指保存在地殼巖石中的古代生物遺骸、遺跡或生命活動的其他證據(jù)。根據(jù)保存形式，化石可分為實體化石（生物體本身的全部或部分保存）、模鑄化石（生物體在沉積物中留下的印模或鑄型）、遺跡化石（生物活動留下的痕跡如足跡、洞穴等）和化學(xué)化石（生物體分解后留下的有機(jī)分子）。

化石的形成是一個極為且需要特定條件的過程，稱為化石化作用。當(dāng)生物死亡后，其遺骸迅速被沉積物覆蓋，避免被風(fēng)化破壞或被其他生物攝食。在埋藏后，生物組織經(jīng)歷一系列物理化學(xué)變化：軟組織通常分解消失，而硬體部分如骨骼、貝殼等通過礦物置換（有機(jī)質(zhì)被礦物質(zhì)取代）或碳化（有機(jī)質(zhì)揮發(fā)留下碳膜）等方式保存下來。這一過程可能需要數(shù)百萬年時間，且需要穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境。只有極少數(shù)生物個體能夠終成為化石，據(jù)估計，地球上曾經(jīng)存在過的物種中，只有不到1%留下了化石記錄。