Většina fosilií je tvořena minerály, jako je kalcit, oxid křemičitý nebo pyrit. Tyto minerály nahrazují původní organický materiál organismu v průběhu času. K tomu může dojít, když je organismus pohřben v sedimentu a vystaven podzemní vodě, která je bohatá na rozpuštěné minerály. Minerály pomalu infiltrují tkáně organismu a nakonec je nahrazují. V jiných případech může být organismus vystaven horkému sopečnému popelu nebo lávě, který může rychle odpařit organický materiál a zanechat za sebou minerální obsazení. K tomu může dojít v době sopečné erupce, nebo jako součást jiných procesů formování hornin. Kromě toho jsou některé fosílie zachovány v jantaru (zkamenělá rostlinná pryskyřice), zatímco jiné mohou být zachovány v dehtu nebo v rašeliništěch.
