Normal koşullarda, bir hayvan öldüğünde, kalıntıları hızla yok olur. Ölen canlı ya leş yiyen hayvanlar tarafından ortadan kaldırılır ya da mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılır, dolayısıyla hayvanın kalıntıları iz bırakmaz. Kalıntıların korunması ancak özel durumlarda sağlanır.174 Bu yüzden canlı öldükten sonra ancak çok küçük bir bölümü fosil olarak korunabilmektedir. Genellikle ölen bir canlının fosilleşebilmesi iki koşulun varlığına bağlıdır:
1) Çok çabuk çürümesi ve leş yiyicilerin saldırılarından korunabilmesi için hızla gömülmesi,
2) Gövdesinde fosilleşebilen sert bölümlerin bulunması.
Fosil oluşumunda en önemli ve en uygun ortam, killi ve çamurlu ortamdır. Bu çamurun içine herhangi bir şekilde düşmüş ya da sürüklenmiş canlının etrafındaki elementler sertleşince, gerçek bir kalıp ortaya çıkar. Daha sonra canlı, genellikle çürümeyle ortadan kalkar; fakat kalıp devamlı olarak kalır. Bu kalıbın içerisine daha sonra mineraller dolarsa tekrar bir kalıp alınarak canlının genel hatlarını verecek bir mülaj oluşur. Vücut parçaları değişik mineralli sularla veya sadece minerallerle dolarsa, buna taşlaşma denir. Bu taşlaşma bazen o kadar mükemmel olur ki üzerinde anatomik incelemeler dahi yapılabilir.175
Fosiller sadece canlıların sert kısımlarını (kemik, diş, kabuk vs.) değil, aynı zamanda çeşitli organları ve yaşantıları ile ilgili izleri taşıyan kalıpları da kapsamı içine alır. Kemiklerin şeklinden, üzerindeki kas bağlantılarından hayvanın nasıl durduğu ve nasıl hareket ettiği de anlaşılabilir.176
Fosillerin araştırılması aynı zamanda soyu tükenmiş hayvanlar ve bitkiler konusunda da bilgilenmemizi sağlar. Bu bilgiler hangi zaman dilimlerinde hangi canlıların yaşadıkları hakkında da bilgi verir. Fakat evrimciler, fosilleri bugünkü canlılarla aralarında akrabalık ilişkileri kurmak ve gelişimleri arasında benzerlikler gösterebilmek bakımından çok önemli görürler. Canlıların birbirinden kademe kademe evrimleşerek türediği iddialarını doğrulayabilmek için fosil kalıntılarına başvurular. Ancak bugün fosil kayıtlarının %80'i ortaya çıkarılmış olmasına rağmen sonradan sahtekarlık veya çarpıtma ürünü olduğu anlaşılan birkaç fosil dışında öne sürebildikleri tek bir delil bile yoktur. Aksine yeryüzü katmanlarındaki fosiller, canlıların ilk yaratıldıklarından beri kusursuzca var olduklarını doğrulamaktadır. (bkz. Fosil kayıtları)Amerikalı paleontolog R. Wesson da, 1991'de yayınlanan Beyond Natural Selection adlı kitabında "fosil kayıtlarındaki boşlukların gerçek ve olgusal" olduklarını şöyle açıklamaktadır:
Ne var ki, fosil kayıtlarındaki boşluklar gerçektir. Herhangi bir (evrimsel) soyoluşumunu gösterecek kayıtların yokluğu, son derece olgusaldır. Türler genellikle çok uzun zaman dilimleri boyunca sabit kalırlar. Türler ve özellikle cinsler hiç bir zaman yeni bir türe ya da cinse doğru evrim göstermezler. Bunun yerine, bir tür ya da cinsin bir diğeriyle yer değiştirdiği gözlenir. Değişim ise çoğunlukla anidir.177
