成因
特例
在能夠避開空氣氧化作用和細菌腐蝕作用的特別適宜的情況下，有些生物的遺體能夠比較完好地保存而沒有顯著的變化。例如，西伯利亞發現的一些保存在凍土裡的曾經生存在2萬5千年前的第四紀的猛獁象，不僅骨骼保存完整，而且皮膚、體毛、血肉、甚至胃裡的食物都保存完好。在波蘭的斯大盧尼發現的曾經在1萬年前不甚掉入瀝青湖中的披毛犀的整體化石是迄今所知的最完整脊椎動物動物化石。在我國撫順煤礦形成於始新世至漸新世（大約5600萬年前到2300萬年前）的煤層里含有大量的琥珀，其中經常保存有完好精美的蚊子、蜜蜂和等昆蟲化石和蜘蛛化石。不過，這種沒有經過顯著化石化作用或只是有一些輕微變化的生物遺體是很少被發現的。
實體化石常見情況
絕大多數的生物化石僅僅保留的是其硬體部分，而且都經歷了不同程度的化石化作用。
石化作用
所謂"化石化作用"是指，隨著沉積物變成岩石的成岩作用，埋藏在沉積物中的生物遺體而經歷了物理作用和化學作用的改造，但是仍然保留著生物面貌及部分生物結構的作用。化石化作用一般包括礦物質填充作用、交替作用和升餾作用等幾種方式和過程。
填充作用
舉例來說，無脊椎動物的硬體結構間或多或少留有一些空隙，比如珊瑚的隔壁間隔、海綿的溝系、有孔蟲的房室、一些貝殼多孔而疏鬆的內層、以及脊椎動物的骨骼。尤其是脊椎動物的肢骨，髓質的有機物分解消失以後留下了中空的部分，在地層下被埋藏日久以後，溶解在地下水中的礦物質（主要是碳酸鈣）往往在其孔隙中經重結晶作用變成了較為緻密、堅實、並且增加了重量的實體化石。這樣的作用就是礦物質填充作用。
交替作用
生物硬體的組成物質在埋藏情況下被逐漸溶解，再由外來礦物質逐漸補充替代的過程稱為交替作用。在這個過程中，如果溶解和交替速度相等，而且以分子相交換，就可以保存原來的細微結構。例如世界各地經常發現的矽化木的形成，就是古老樹木中的木質纖維被矽質替代，但是年輪和細胞輪廓等細微結構仍然保存下來的結果。而如果交替速度小於溶解速度，生物硬體的細微構造也會被破壞，最終只保留下來原物的外部形態。常見的交替物質有二氧化矽、方解石、白雲石、黃鐵礦等，相應的過程就可以叫做矽化、方解石化、白雲石化和黃鐵礦化。
升餾作用
升餾作用是指古生物遺體在被埋藏之後，不穩定成分分解、可揮發物質往往首先揮發消失，最後只留下炭質薄膜而保存下來的過程。這個過程也成為炭化。例如，筆石骨骼成分為幾丁質，埋藏條件下經升餾作用後，氫、氮、氧等元素揮發消逸，僅僅留下碳質薄膜。再如，植物的葉子主要成分是碳水化合物，經過升餾作用後往往也只有碳質保存成了化石。
實體化石保存了古生物遺體的全部或部分，所以一般來說可以為科學家提供最為詳盡的古生物身體形態結構信息，因此是古生物學研究中最主要的材料。
