化石化作用（fossilization）是指古代生物遗体或遗迹通过沉积物掩埋、保存及石化等过程形成化石的综合作用。其核心机制为在成岩作用中通过物理压实与化学改造实现保存，具备硬体结构的生物更易形成化石，而水生生物因快速掩埋具有更高保存概率 。特殊环境（如冻土密封、琥珀包裹）可完整保存生物体，例如猛犸象和昆虫 。
该作用主要通过三种方式实现：矿物质填充（碳酸钙在生物孔隙中重结晶形成致密实体）、交替作用（二氧化硅等物质置换生物硬体原有成分）及升馏作用（有机质挥发后形成碳质薄膜） 。成岩过程中矿物溶液渗透生物铸模空间完成石化，未被矿化的残留物最终融入沉积岩。化石可能因地壳抬升和侵蚀作用暴露地表，但也可能在变质作用中被破坏 。
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