脚印，或是植物在地底下因为温度与压力的作用而碳化，都可称为化石。不同时代的生物化石，会出现的在不同的地层中，如此便能够研究古生物之间、乃至与现代生物之间的关系。「失落的环结」指演化过程可能出现过，却尚未发现的物种；而连接两个物种之间的化石，则称为「过渡化石」。例如可能位在鸟类与恐龙中间的始祖鸟（'）化石；以及最近所发现的一种具有四肢的大型浅水鱼提塔利克（'），可能是鱼类与两栖类的过渡化石。化石纪录对于古生物的研究有所限制，因为形成化石并不容易。举例而言，软体动物身上并没有太多能够形成化石的部分，还有