Το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας της γης καλύπτεται από έναν τύπο βράχου που ονομάζεται ιζηματογενής, επειδή σχηματίζεται από στρώματα ιζημάτων που χτίζονται το ένα πάνω στο άλλο. Ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ιζηματογενών πετρωμάτων είναι η μεγάλη ποσότητα απολιθωμάτων που περιέχουν. Όλα τα είδη εξαφανισμένων φυτών και ζώων διατηρούνται σε άμμο, λάσπη ή λάσπη από πολύ παλιά χρόνια.
Με την πάροδο του χρόνου, τα πτώματα ζώων σε επιφάνειες ιζηματογενών βράχων καλύπτονται από λάσπη. Τα οστά υφίστανται ανοργανοποίηση, κατά την οποία τα μέταλλα αντικαθιστούν τις αρχικές οργανικές ουσίες για να αφήσουν ένα γύψο του οργανισμού. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο οργανισμός αντικαθίσταται πλήρως από ανθεκτικά μέταλλα. Στην πετροποίηση του ξύλου, η κυτταρίνη και οι ξυλώδεις ίνες αντικαθίστανται από ορυκτά όπως το πυρίτιο.
Ακόμη και ευαίσθητα χαρακτηριστικά διατηρούνται μερικές φορές σε απολιθώματα. Τα μάτια των μυγών και τα ευαίσθητα φτερά των πεταλούδων έχουν βρεθεί διατηρημένα σε απολιθώματα. Η πλειοψηφία των απολιθωμάτων, ωστόσο, είναι παχιά κοχύλια ή σκελετοί. Τα ζώα με διαρκή απολιθώματα είναι επίσης μερικά από τα πιο ευρέως μελετημένα και κατανοητά.
Είναι εκπληκτικό ότι κάτι τόσο μαλακό και λεπτό όπως η άμμος μπορεί να μετατραπεί σε κάτι τόσο άκαμπτο όσο ένα απολίθωμα. Ο λόγος είναι στην πίεση που υφίστανται τα ιζήματα καθώς θάβονται όλο και πιο μακριά. Για κάθε 100 πόδια (31 μέτρα) βάθους, η μέση θερμοκρασία αυξάνεται κατά περίπου 1°C. Η μέση πίεση αυξάνεται περίπου 1 psi (λίβρα ανά τετραγωνική ίντσα), ή περίπου 7 kilopascal, για κάθε πόδι (31 εκατοστά) βάθους. Η αυξημένη πίεση και θερμοκρασία οδηγεί σε μια διαδικασία που ονομάζεται συμπίεση, όπου τα ευαίσθητα σωματίδια στο ίζημα συνεργάζονται στενά μεταξύ τους και γίνονται πέτρες.
Η λάσπη καθαρίζεται από το νερό κατά τη διαδικασία της συμπύκνωσης και γίνεται βράχος. Μερικές φορές η αυξημένη θερμότητα οδηγεί το υλικό σε χημικούς μετασχηματισμούς, που ονομάζονται τσιμεντοποίηση, που αναγκάζει τα ορυκτά όπως ο ασβεστίτης, το πυρίτιο και το οξείδιο του σιδήρου να δημιουργούν φιλμ στην επιφάνεια του ιζήματος. Έτσι γίνονται τα απολιθώματα. Τα ορυκτά καταλαμβάνουν επίσης θύλακες αέρα ανάμεσα στα μόρια της άμμου.
Τα απολιθώματα μπορούν επίσης να διατηρήσουν πράγματα εκτός από πραγματικά σώματα. Έχουν βρεθεί ίχνη, ίχνη, μονοπάτια και λαγούμια. Δεδομένου ότι ο ίδιος ο άνθρακας είναι συμπαγής βλάστηση, πολλά απολιθώματα μπορούν να βρεθούν μέσα του.