生物的坚硬部分物理性质和化学性质因多由矿物质构成较稳定，这些矿物质在地下发生改变并重结晶，久而久之会变得比原来更加坚硬。身体内的较软的组织则会分解形成空洞，不过就在空洞产生的同时，带着矿物质的地下水会填充进来，这些矿物质经沉积后形体了生物体中的其它部分。

石化过程的石化作用主要为：

1.矿质充填作用或过矿化作用 地下水携带的矿物质成分填充在疏松多孔的硬体组织之中或硬体组织之间的空隙，使原来的组织更为致密并加重，而原组织结构未发生变化。如有孔虫、蜓、珊瑚和腕足动物硬壳或钙质骨骼间被碳酸钙质或泥质、砂质、硅质等所充填。脊椎动物骨骼中的孔隙被充填；

2.炭化作用或升馏作用 一般发生在具碳水化合物的有机质硬体骨骼及植物叶或叶状体中，在地层的压力和地热增温作用的影响下，有机物中的易挥发成分被升馏，仅留下稳定的炭质薄膜。例如炭化的植物叶或叶状体化石、笔石、某些节肢动物的外壳、昆虫的翅。在琥珀昆虫化石中，也有相当多的一部分，由于在松脂中原来含有的水分和松节油等挥发