화석화작용의 내용에 따라 화석의 성상(性狀)도 다르다. 고생물의 유해·유체나 그 일부가 보존된 것을 체화석(體化石)이라 한다. 이에 비해 생활기록화석을 흔적화석(생흔화석 또는 생활화석이라고도 한다)이라 하며, 배설물이나 알[卵]의 화석도 포함된다. 배설물의 화석을 분석(糞石 ; 코프롤라이트)이라 하는데, 연체동물이나 어류·공룡류·포유류 등의 분석이 알려져 있다. 화석의 석화 과정에서, 화석을 구성하는 물질이 재결정되거나 밖으로부터 주입된 물질로 치환될 때가 있다. 이와 같은 화석을 광화(鑛化)화석이라 한다. 석화작용에 의해 원래의 화석이 모래나 진흙으로 치환된 것을 거푸집화석이라 한다. 또 화석의 윤곽이나 조각이 퇴적물의 표면에 찍혀진 것을 인상(印象)화석이라 한다. 즉 해파리나 곤충 및 식물의 잎 등은, 본체는 분해되어도 퇴적물 표면에 외형이나 조각의 생체가 분해되고 남은 탄소로 윤곽이 잡혀져 인상화석이 생긴다. 화석에는 육안으로 식별할 수 있는 대형화석 외에, 확대경이나 현미경을 통해 암석의 얇은 조각 또는 연마면을 관찰함으로써 비로소 그 존재를 식별할 수 있는 미화석(微化石)이 있다. 유공충·방산충 등의 원생동물 외에 규조류·꽃가루·포자 등의 식물화석은 미화석의 예이다. 또 높은 배율의 현미경이나 전자현미경 등에 의해서만 식별할 수 있는 코콜리스나 박테리아 등의 초(超)미화석도 있다. 동물화석의 기록은 선캄브리아대 후기로 거슬러올라가는데 말기(약 7억 년 전)에는 경조직(硬組織)이 없는 후생(後生)동물이 급격히 발전하였다.
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