根据化石的成因，古生物学家把它们划分成几类。
实体化石
人们曾经在西伯利亚第四纪的冰冻土层中发现了巨大的猛玛象，这些庞然大物不仅保存了完整的骨骼，连粗厚的皮肤、长长的体毛，甚至胃内的食物都保存了下来。现代科学认为，巨厚的冻土地带可以使动物的遗传基因不受到任何破坏，甚至有可能通过克隆的方法赋予这种动物第二次生命。后来，科学家们又在波兰发现过完整的披毛犀，所有这些实体得到保存的化石都是实体化石，实体化石通常保存了动物、植物遗体的全部或绝大部分（特别是坚硬的骨骼部分），既有研究价值，又有观赏价值，是一种很珍贵的化石。
铸模化石
动植物遗体在保存为化石的过程中，通过挤压作用在地层的岩石表面留下的印模、铸型等称作铸模化石，这种化石能清晰地显示生物硬体表面的精细结构，可以划分出若干类型，其中印痕化石最常见。
遗迹化石
顾名思义，遗迹化石主要是动物在生命活动中遗留下来的痕迹或遗物，前者如爬迹、足迹等，后者如粪便、蛋等，恐龙足迹和恐龙蛋就是经过漫长的地质作用形成的著名遗迹化石。遗迹化石是研究动物生活习性及生命活动的重要证据。
不要小瞧这些化石，科学家们已经赋予这些地球历史的见证者众多的使命。
1、地层的划分与对比
许多无脊椎动物化石由于在短时间范围内演化迅速，特征变化明显，易于辨别，因此成为标准化石。利用标准化石可以有效地划分和对比地层，如我国古生物学家曾在广西的泥盆纪地层中分别利用珊瑚、腕足动物、牙形刺等建立起若干标准化石带，依据这些特征明确的化石，不仅可以精确地进行我国南方泥盆纪地层的划分和对比，还可以同时完成更大范围（如与北美、欧洲等）内的国际间地层对比。
2、地层系统的建立
化石能够客观地反映所在地层的新老顺序，在一般情况下，地层的层位越高，所含化石的种类越丰富，其面貌与现代生物越接近；反之，地层层位越低，所含化石的结构越趋于简单，种类越单调。这样，科学家们可以利用化石恢复从老到新的完整地层系统，地质年代表就是这样建立的。
3、重新塑造古环境
人们根据发掘到的化石可以推断当时的环境类型，根据古生物群落的分析，可以恢复环境背景及环境变迁的模式，如有孔虫、鹦鹉螺、三叶虫等为海洋生物，赋存这些化石的地方在远古时期就是海洋。钙质海绵、藻类化石的出现不但表明海洋环境，而且可以从它们的生态特点进一步确认产有这些化石的地方是水深不足百米，温暖而又清澈的浅海。
4、揭示生物的进化途径
对于已经绝灭了的生物，若要了解它们的形态、结构及演化线索，一定离不开化石。化石是生物产生和演变的直接证据，实践证明，人类目前掌握的有关动植物在演化方面的信息绝大多数都是从化石中找到的。
如此看来，化石确实不同寻常，以化石为对象，研究地球历史时期的生物界及其发展的科学就是古生物学。作为地质科学的一个重要分支，古生物学已经取得了在科学界应有的地位，并获得了巨大的发展。