大多数生物遗体都是经过变化才形成化石的。将古代生物遗体、遗迹保存成化石的各种作用，称为石化作用，主要包括：过矿化作用或浸染作用；置换作用或石化作用；炭化作用。
过矿化作用或浸染作用：指生物硬体内的空隙为地下水中所含矿物质填充的过程。生物硬体中的有机物常在埋藏以后散失殆尽，使原来硬体变得疏松多孔，这些孔隙随后被溶于水中的矿物质充填，使硬体构造得以保存，并增加了重量。
置换作用或石化作用：指埋藏于沉积物中的生物遗体被溶于地下水中的矿物质所填充或交代变成石质，由于溶解和填充速度相等，并以分子相互交换，所以虽然化石的化学组成改变了，但仍保存生物原有构造的作用。主要的置换矿物是方解石（钙化）、石英（硅化作用）和*铁矿（*铁矿化）等。另外：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、甚至硅酸盐和磷酸盐矿物等也可能成为置换矿物。
炭化作用：生物遗体易于挥发的成分如氮、氢、氧等被溶解或挥发逸去，仅留下炭质薄膜保存为化石的作用，称炭化作用。
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