1. 实体化石：这类化石保留了生物体的部分或全部结构。根据保存机制，实体化石可以进一步分类。首先是树脂保存，例如琥珀，它主要保存了古节肢动物；其次是坑沼保存，涉及陷入泥炭沼或沥青坑中的动物，主要保存的是古陆生脊椎动物；第三类是冰冻保存，这些化石相对较新，例如西伯利亚冻土中的第四纪大型古脊椎动物；最后是石化作用形成的化石。

2. 模铸化石：这类化石是由生物体在沉积物中留下的印模或复铸物形成的。模铸化石可以细分为印痕化石、印模化石、铸型化石和复型化石，其分类取决于化石与围岩之间的关系。

3. 遗迹化石：这些化石是由古生物在沉积物表面或内部留下的活动痕迹和遗物所形成的，包括环节动物的足迹、抓痕、爬痕、挖掘的洞穴，以及化石化的卵、动物粪便、胃石等。从更广泛的角度来看，这类化石还应包括古人类的活动工具和文化遗物。

4. 化学化石：这类化石虽然保存了古生物体的有机成分，但生物体本身并没有保留下来。这些有机成分经过分解，形成了各种有机物（如氨基酸、脂肪酸）并被保留在岩层中，从而可以用来判断古生物的存在。

此外，化石还可以根据尺寸大小分为大化石、微体化石和超微化石。