Fossielen, de bewaarde overblijfselen van dieren en planten, worden meestal ingebed in sedimentair gesteente. Van de sedimentaire gesteenten komen de meeste fossielen voor in schalie, kalksteen en zandsteen. De aarde bevat drie soorten rotsen: metamorf, stollend en sedimentair. Met zeldzame uitzonderingen ondergaan metamorfe en stollingsgesteenten te veel hitte en druk om fossielen te bewaren. De meeste fossielen worden dus gevonden in sedimentair gesteente, waar zachtere druk en lagere temperatuur het behoud van vorige levensvormen mogelijk maken. Fossielen worden een onderdeel van sedimentair gesteente wanneer sedimenten zoals modder, zand, schelpen en kiezelstenen plant- en dierlijke organismen bedekken en hun eigenschappen door de tijd heen behouden. meestal microscopisch klein, deeltjes. Deze deeltjes nestelen zich in het kalme water van meren, moerassen en de oceaan en bedekken wezens die daar leven. Modder en klei worden in de loop van de tijd gecombineerd met mineralen en andere deeltjes om uit te harden tot schalie. De harde delen van de wezens bedekt met modder ondergaan behoud als fossielen wanneer ze worden geconsolideerd met andere materialen in de schalie. Schalie splitst zich gemakkelijk in lagen om eventuele fossielen binnenin te onthullen. Fossielen in schalie omvatten vaak brachiopoden, gefossiliseerde planten, algen, schaaldieren en geleedpotigen gevangen in de verharde modder. Door de zeer kleine modder- en kleideeltjes kunnen kleine details van organismen worden bewaard, zoals de zeldzame fossielen van zachte organismen die worden gevonden in de Burgess Shale.
Ecosystemen in kalksteen

Kalksteen vormt zich wanneer calciet uit het water kristalliseert of wanneer fragmenten van koraal en schelpen samen cementeren. Kalksteen bevat vaak fossielen van geschilde zeedieren. Hele rifformaties en gemeenschappen van organismen zijn bewaard gebleven in kalksteen. De soorten fossielen die in kalksteen worden gevonden, zijn koraal, algen, kokkels, brachiopoden, bryozoa en crinoïden. De meeste kalksteenvormen in ondiepe tropische of subtropische zeeën. In sommige gevallen vormen fossielen de volledige structuur van kalksteen.
Begraven in zand

Gecementeerde zandkorrels worden zandsteen. Omdat zandsteen een grover materiaal is dan schalie of kalksteen, vertonen fossielen daarin meestal niet zoveel details als fossielen in schalie en kalksteen. Zandsteen bevat zelden delicate fossielen. Zandsteen vormt zich in een breed scala aan omgevingen, waaronder stranden, oceanen, zandbanken, duinen, rivieren, delta's, woestijnen en uiterwaarden. Zandsteen bevat fossielen van wezens zoals trilobieten, brachiopoden, schaaldieren, bryozoën en planten. Overblijfselen van landdieren zoals mastodons en dinosaurussen zijn veel waarschijnlijker te vinden in zandsteen.
Conglomeraat en Breccia

Conglomeraatrotsen ontstaan uit combinaties van grote en kleine afgeronde kiezelstenen, vaak met kwarts, in de loop van de tijd gecementeerd . Breccia ontstaat uit hoekige rotsen van verschillende grootte, ook gecementeerd in de tijd. Ze vormen sneller dan schalie, kalksteen en zandsteen. Conglomeraten vormen zich waar rotsen zijn gebroken en tuimelden vervolgens tot ze glad waren. Breccias vormen zich wanneer de gebroken fragmenten dicht bij hun bron blijven. In beide gevallen zullen hun grote deeltjes waarschijnlijk minder fossielen bevatten. Conglomeraat- en breccia-rotsen leveren echter periodiek fossielen in de kiezelstenen waaruit de rotsen bestaan. Sommige fossielen gevonden in conglomeraat en breccia-rotsen zijn onder andere sponzen, brachiopoden en gastropoden.
Ongelooflijk zeldzaam, maar ...

Fossielen komen zelden voor in metamorfe of stollingsgesteenten. De hitte en druk die nodig is om rotsen te veranderen of te transformeren, vernietigt meestal alle fossielen. Er doen zich echter speciale omstandigheden voor. Versteende schelpen en bacteriën zijn bijvoorbeeld gevonden in marmer, dat metamorfoserende kalksteen is. De eerste hitte van stollingsgesteenten lijkt een onmogelijke omgeving voor fossiele vorming. Maar wanneer as van vulkaanuitbarstingen het omliggende gebied begraaft, kan de as soms organismen inkapselen. Fossielen van bomen en gepelde organismen zoals brachiopoden komen soms voor in aslagen.