Những động vật có bộ phận cơ thể cứng, chẳng hạn như xương hoặc vỏ, có nhiều khả năng được bảo quản trong quá trình hóa thạch. Những vật liệu cứng này bền hơn với các lực gây ra hóa thạch; chúng có nhiều khả năng tồn tại nguyên vẹn hoặc để lại những dấu ấn mà sau này trở thành hóa thạch.
Các điều kiện mà quá trình hóa thạch xảy ra rất đặc biệt; chỉ một phần trăm của các loài động vật đã sống trên Trái đất là hóa thạch. Thông thường, hóa thạch hình thành khi xác động vật nhanh chóng bị chôn vùi trong các vật liệu không làm phân hủy các vật liệu hữu cơ mà thay vào đó duy trì chúng ở một số dạng. Các khu vực rất khô hạn bảo quản xương và các cấu trúc cứng khác khá tốt và các vũng than bùn có tính axit là nơi lý tưởng để ngâm các nguyên liệu thực vật trong hàng triệu năm.
Các mô mềm, chẳng hạn như da, sụn, cơ hoặc các vật liệu thực vật mềm biến mất nhanh chóng, cả do quá trình phân hủy tự nhiên và kết quả của việc nhặt rác. Do đó, hồ sơ hóa thạch chủ yếu ghi lại động vật có xương hoặc động vật có vỏ. Tuy nhiên, một số điều kiện cho phép bảo quản những động vật mềm hơn. Côn trùng bị mắc kẹt trong hổ phách có thể được bảo tồn, vì hổ phách cứng lại và tạo ra một môi trường bảo vệ. Đông lạnh sâu cũng có thể bảo quản mô mềm; việc thiếu oxy và nhiệt độ lạnh ngăn không cho các mô phân hủy, dẫn đến các mẫu vật còn nguyên vẹn thậm chí sau hàng triệu năm. Voi ma mút và ít nhất một con người cổ đại đã được tìm thấy bị đóng băng trong băng do quá trình này.
