Τα απολιθώματα είναι τα λείψανα που διατηρήθηκαν με φυσικό τρόπο. Η επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη των απολιθωμάτων ονομάζεται παλαιοντολογία.
Η απολίθωση πραγματοποιείται όταν αντικαθίσταται το υλικό του φυτού ή του ζώου από ανόργανα άλατα μόριο προς μόριο. Τα φυτικά απολιθώματα είναι σπανιότερα επειδή τα φυτά αποσυντίθενται γρήγορα όταν πεθάνουν. Αντίθετα τα οστά των ζώων ή τα όστρακα βρίσκονται συχνότερα επειδή αποτελούνται από σκληρά υλικά.
Η μετατροπή ενός ζωντανού οργανισμού σε απολίθωμα μπορεί να διαρκέσει και εκατομμύρια χρόνια.
Όταν ένα ζώο πεθάνει αρχίζει η διαδικασία της αποσύνθεσης. Τα σκληρά μέρη (όστρακα, κόκαλα, δόντια) αντέχουν περισσότερο από τους μαλακούς ιστούς, αλλά και αυτά αποσυντίθενται.
Για να απολιθωθεί ένας οργανισμός πρέπει να σκεπαστεί με ίζημα πριν προλάβει να αποσυντεθεί.
Η γρήγορη ταφή προφυλάσσει τα υπολείμματα ενός οργανισμού από το σπάσιμο και την καταστροφή.
Ακόμα και μετά την ταφή, τα μαλακά μέρη ενός οργανισμού αποσυντίθενται από τα βακτήρια και έτσι συνήθως διατηρούνται μόνο τα σκληρά μέρη. Σε σπάνιες περιπτώσεις όμως, μπορούν να διατηρηθούν και τα μαλακά μέρη.