Encontrados em praticamente todos os museus do planeta, fósseis estão entre os artefatos naturais mais reveladores, oferecendo uma janela abrangente à pré-história. Podem ser encontrados em todo lugar; desde espécimes comuns como dentes de tubarão até os exemplos mais raros de preservação geológica, os fósseis petrificados.
Petrificação, o processo pelo qual espécimes se petrificam, é um método relativamente raro de fossilização. Como a permineralização, processo mais comum, a petrificação transforma material orgânico em pedra. Porém, diferentemente da permineralização, onde os espaços porosos em ossos e matéria orgânica são preenchidos por minerais, na petrificação a estrutura inteira do espécime é substituída por minerais. Embora todos os organismos possam ser petrificados, de bactérias a vertebrados, os exemplos mais famosos são geralmente madeira petrificada.
Na madeira petrificada, toda ou quase toda a matéria orgânica foi substituída por minerais, mais frequentemente quartzo ou outros tipos de sílica, mantendo simultaneamente a estrutura básica da madeira intacta. A petrificação ocorre no subsolo após a madeira ser enterrada por sedimentos. Água subterrânea, rica em minerais, flui através do sedimento e deposita seus minerais nas células da madeira. À medida que a celulose e lignina da planta decaem, os minerais permanecem no lugar e eventualmente formam um molde completo do espécime. Esse processo pode ocorrer em massa, com florestas de madeira petrificada conhecidas, previsivelmente, como florestas petrificadas.
Vários elementos na água que contribui para a criação de madeira petrificada dão às amostras colorações e padrões únicos. A sílica que compõe o fóssil é incolor, mas quando a água de origem está contaminada com vários elementos, adiciona tons de cor. Carbono cria preto; cobalto, cromo e cobre criam verde ou azul; óxidos de ferro criam marrons, vermelhos e amarelos; manganês cria rosa ou laranja; e óxidos de manganês criam preto ou amarelo.
O processo de petrificação foi simulado e demonstrado com sucesso em laboratórios. Pequenos cubos de pinho são imersos em banho ácido por 48 horas, depois em solução de sílica e finalmente cozidos a 1.400 °C em atmosfera de argônio. O resultado é petrificação de carboneto de sílica. Pode ser repetido com tungstênio em vez de sílica, resultando em petrificação de carboneto de tungstênio.
Encontrado na Escócia, o Rhynie chert é um dos exemplos mais famosos de petrificação em larga escala no mundo. Contém numerosos exemplos de vida vegetal, fúngica, líquen e animal fossilizada datando de cerca de 410 milhões de anos, no Devoniano inicial. Essa formação é tão bem fossilizada que até detalhes microscópicos, como paredes celulares, são claramente visíveis.