Un cuerpo orgánico enterrado entre las capas geológicas, pierde, por putrefacción y descomposición, la materia orgánica; pero si los espacios vacíos son rellenados por sustancias minerales aportadas en disolución por las aguas que impregnan el terreno, el cuerpo o resto orgánico, se habrá petrificado, transformándose en piedra.
En los huesos se conoce su grado avanzado de fosilización por petrificación, porque son mucho más pesados que cuando no están fosilizados. Por lo general es el carbonato cálcico la sustancia fosilizante. También lo son el sílice, los óxidos y los carbonatos de hierro; más rara vez el azufre, como acontece en los moluscos fósiles, y en algún caso, la pirita y el yeso.
Algunas veces la petrificación se realiza reemplazando la sustancia fosilizante, partícula a partícula, casi molécula a molécula, a la materia constitutiva del resto orgánico. En este caso se suele conservar la estructura microscópica del cuerpo
