植物化石是各類植物化石的統稱。地史上最早出現的生命是植物，在距今35億年的太古宙地層中就發現了最原始的藍藻類和菌類化石。太古宙及元古宙早期是原始菌藻類的時代，元古宙中朗至奧陶紀是海生藻類植物繁盛的時代,志留紀至石炭紀是陸生孢子植物繁盛的時代,二疊紀至侏羅紀是裸子植物繁盛的時代，白堊紀和新生代是被子植物繁盛的時代。植物化石是劃分、恢復地史時期古大陸、古氣候和植物地理分區的主要標誌各類古植物本身亦參與了成礦、成岩作用。例如，太古宙沉積型鐵礦的形成與鐵細菌活動有關;各種藻類可以形成礁灰巖、藻煤、硅藻土等;低等植物與石油、油頁岩的生成有關;高等植物則更是各地史時期形成煤層的物質基礎。
生物體上的硬組織也能被保存下來。差不多所有的植物和動物都擁有一些硬部分，例如蛤、蠔或蝸牛；脊椎動物的牙和骨頭；蟹的外殼和能夠變成化石的植物的木質組織。生物體的堅硬部分由於是以能抵抗風化作用和化學作用的物質構成的，所以這類化石分佈的較普遍。無脊椎動物例如蛤、蝸牛和珊瑚等的殼是由方解石（碳酸鈣）組成的，其中很多沒有或幾乎沒有發生物理變化而被保存下來。
脊椎動物的骨頭和牙以及許多無脊椎動物的外甲含有磷酸鈣，因為這種化合物抵抗風化作用的能力非常強，所以許多由磷酸鹽組成的物質也能保存下來，如曾發現一枚保存極好的魚牙。由硅質（二氧化硅）組成的骨骼也具有這種性質。微體古生物化石的硅質部分和某些海綿通過硅化而變成化石。另一些有機物具有幾丁質（一種類似於指甲的物質）的外甲，節足動物和其它有機物的幾丁質外甲可以成為化石，由於 它的化學成分和埋葬的方式，使這種物質以碳的薄膜的形式而保存下來。
碳化作用（或蒸餾作用）是生物埋葬之後在緩慢腐爛的過程中發生的，在分解過程中，有機物逐漸失去所含有的氣體和液體成分，僅留下碳質薄膜。這種碳化作用和煤的形成過程相同。在許多煤層中可以看到大量的碳化植物化石。在許多地方，植物、魚和無脊椎動物就是以這種方式保存下它們的化石。有些碳的薄膜精確地記錄了這些生物的最精細的結構。
化石還可以通過礦化作用和石化作用而保存下來。
植物化石
當含礦化的地下水把礦物沉澱於生物體的堅硬部分所在的空間時，使得生物的堅硬部分變得更堅硬、抵抗風化作用的能力更強。較普通的礦物有方解石、二氧化硅和各種鐵的化合物。所謂置換作用或礦化作用是生物體的堅硬部分被地下水溶解，與此同時其它物質在所空出來的位置上沉澱下來的過程。有些置換形成的化石的原始結構被置換的礦物所破壞。
不僅動植物的遺體能形成化石，而且表明它們曾經存在過的證據或蹤跡也都能形成化石。痕跡化石能提供有關該生物特點的相當多的情況。很多殼、骨、葉以及生物的其它部分，都能以陽模和陰模的形式保存下來。
如果一個貝殼在沉積物硬化成巖之前就被壓入海底，它的外表特徵就會留下壓印（陰模）。如果陰模後來又被另外一種物質充填，就形成陽模。陽模能顯示出貝殼本來的外部特徵。外部陰模顯示的是生物體硬部分的外部特徵，內部陰模顯示的是生物體堅硬部分的內部特徵。
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