Κατά την απολίθωση μόνο τα σκληρά μέρη ενός ζώου μπορούν να διατηρηθούν. Τέτοια είναι, για μεν τα σπονδυλωτά, οστά, δόντια, κέρατα, πλάκες, ωτόλιθοι, λέπια, για δε τα ασπόνδυλα, όστρακα, κελύφη κ.α.. Η απολίθωση δεν είναι πάντοτε δυνατή. Πρέπει να υπάρχουν ειδικές συνθήκες περιβάλλοντος για να διατηρηθεί ένας οργανισμός. Πρέπει για παράδειγμα ο σκελετός του ζώου να σκεπαστεί από λεπτόκοκκο χώμα, σε σύντομο χρονικό διάστημα μετά το θάνατό του και στο περιβάλλον ταφής να κυκλοφορεί νερό, έστω και σε μικρή ποσότητα. Με την πάροδο του χρόνου γίνεται σταδιακή αντικατάσταση, μόριο προς μόριο, της αρχικής οργανικής ύλης από την οποία αποτελείται το οστό, από ανόργανη ύλη. Η ανόργανη ύλη είναι συνήθως ανθρακικό ασβέστιο CaCO3, που προέρχεται από το άμεσο περιβάλλον, στο οποίο έχει θαφτεί το οστό και δίνει στο απολίθωμα ανάλογη χημική σύσταση και χρώμα. Ο τρόπος της αντικατάστασης επιτρέπει τόσο τη διατήρηση του αρχικού σχήματος του οστού, όσο και τη διατήρηση της εσωτερικής υφής του. Έτσι λοιπόν ένα απολιθωμένο οστό μπορεί να έχει το σχήμα και την υφή ενός μη απολιθωμένου οστού, αλλά η σύστασή του δεν έχει σχεδόν καμία σχέση.
Τα βιοδηλωτικά ίχνη είναι φωλιές, αυγά, κοπρόλιθοι (απολιθωμένα κόπρανα ζώων), αποτυπώματα φύλλων ή ραχοκοκαλιών ψαριών, ίχνη βημάτων μέσα στη λάσπη ή και απλές τρύπες που έχουν γίνει από σκώληκες ή μαλάκια.
Τα ψευδοαπολιθώματα είναι διάφορα παιχνίδια της φύσης, που ενώ δείχνουν ότι πρόκειται για έμβια όντα, στην πραγματικότητα δεν έχουν καμία σχέση με οργανική προέλευση, αλλά δημιουργούνται τυχαία όπως οι δενδρίτες. Εδώ υπάγονται και οι διάφορες πλάνες των επιστημόνων.
Σπανιότερα είναι τα διατηρημένα ολόκληρα σώματα ζώων, όπως τα άθικτα κατεψυγμένα σώματα από μαμούθ, της εποχής των παγετώνων, ηλικίας πάνω από 10.000 χρόνια, που βρέθηκαν κυρίως στη Σιβηρία. Οστά πολλών ζώων της τεταρτογενούς περιόδου βρέθηκαν στους πισόλακκους Λα Μπρέα, στην Καλιφόρνια. Όμοια είναι και η περίπτωση των ρινόκερων στη Γαλίθια, που βρέθηκαν μέσα σε έδαφος που έχει εμποτιστεί με πετρέλαιο και στην Κρακοβία μέσα σε οζοκηρίτη (παράγωγο του πετρελαίου) πλειστοκαινικής ηλικίας. Έντομα και σπόροι, θαυμάσια διατηρημένα, βρέθηκαν μέσα σε ήλεκτρο, δηλαδή κεχριμπάρι (απολιθωμένη ρητίνη) της Βαλτικής.
Η ιστορία της γης διαιρείται σε μεγάλες χρονικές περιόδους. Η παλαιότερη εποχή χαρακτηρίζεται με τους όρους Κοσμικός ή Προγεωλογικός αιώνας, ακολουθεί ο Αζωικός και έπειτα ο Προτεροζωικός ή Αρχαιοζωικός ή Ηωζωικός αιώνας. Συνοπτικά όλες μαζί ονομάζονται Προκάμβριο. Οι νεότερες γεωλογικές εποχές, τα τελευταία 600 εκατομμύρια χρόνια περίπου, χωρίζονται σε τρεις γεωλογικούς αιώνες, τον Παλαιοζωικό, το Μεσοζωικό και τον Καινοζωικό και σε αντίστοιχες μικρότερης χρονικής διάρκειας περιόδους.
Τα «ζωντανά απολιθώματα» είναι ζώα ή φυτά που ζουν μέχρι σήμερα και τα οποία διατηρούν σχεδόν την ίδια μορφή, χωρίς να υποστούν σημαντικές μεταβολές εδώ και πολλούς γεωλογικούς αιώνες, όπως οι ναυτίλοι και οι κοιλάκανθοι (κροσσοπτέρυγα ψάρια).
Τα απολιθωμένα καύσιμα είναι ο άνθρακας από το ξύλο (τύρφη, λιγνίτης, λιθάνθρακας, ανθρακίτης) και το πετρέλαιο που προέρχεται από την αποσύνθεση φυτικών και ζωικών οργανισμών.
Η λάβα των ηφαιστείων είναι μερικές φορές ένα άριστο μέσο απολίθωσης καθώς μπορεί να καλύψει ολόκληρα δάση και να γεμίσει τους πόρους του ξύλου με ορυκτά, όπως το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2). Έτσι προέκυψε το απολιθωμένο δάσος της Λέσβου, 20 εκατομμυρίων ετών.
