化石形成的过程叫做矿化（permineralization)。这里的化石指狭义化石，不包括琥珀等非矿化“化石”。矿化的过程是一个缓慢的过程，并且很多时候需要机遇。
生物死后（植物动物等），尸体被土或者其他含有矿物质的东西掩盖，在腐烂过程中，地下水或者其他水分渗入到尸体里，这些水内部溶解的一部分无机盐会随着水分蒸发慢慢在生物尸体不容易被腐化的部分上析出，累计成一层晶体壳，这些晶体壳会慢慢变厚，充满整个尸体原来的位置。就变成了化石。
对于动物没有细胞壁，所以大多数只发生在比较难以腐化的骨骼上（也会在非骨骼上产生化石，只是相对几率小，所以大部分动物化石都是骨骼化石）。对于植物有细胞壁，所以更容易产生整体化石。
这种矿化一般有三类：
硅化(solidification)：矿化过程中，以硅的无机盐为主，形成的是蛋白石。这也是最常见的矿化。
黄化（pyritization)：矿化过程以硫铁盐为主。形成黄铁矿。这种化石非常漂亮，很多鹦鹉螺化石都是这样。
碳酸盐矿化(carbonatemineralization)：矿化过程中，以钙或者镁的碳酸盐为主，产生的化石叫做“煤球”（coalball）。植物化石最常见，上石炭纪土层蕴含很多这类化石。
