恐龙既然是一类绝灭了的爬行动物，也就是说它在世界上的一切活动，都已成了历史的陈迹，故我们只能通过它们遗留在地层里的化石和印痕来了解它们。那么，人们会问：什么是化石？简单地说，化石是古代生物的遗体、遗迹经过自然界的作用埋在地下，经过长期的地质作用变成了和石头一样的东西，我们把它称为化石。化石在被人们发掘出来以后，经过研究和复原，能够说明古代生物生存时的形态和生活习性，进而解释地质现象。
人们又会进一步问化石是怎样形成的？在通常情况下，变成化石的大多数是生物遗体的硬体部分，硬体部分变成化石要经过石化作用。许多人觉得很奇怪，怎么动物的骨头会变成了石头呢？这个道理说起来也很简单，现在我们先举一个生活中的例子。
咸鸡蛋是人人熟悉的食品。新鲜的鸡蛋是不咸的，可是把鸡蛋浸在盐水里，腌上几个星期后，鸡蛋就会变咸了。为什么呢？因为盐水中含有盐分子，盐分子通过渗透作用而进入鸡蛋内，因此鲜鸡蛋就逐渐变成了咸鸡蛋。盐分子进入鸡蛋的多少与温度、压力、盐水的浓度有关。假如一个蛋在盐水供应充足的条件下，把它腌上千百年之久，这个蛋还仍然会是一个咸鸡蛋吗？不会，这时候它实际上已经变成与化石相似的东西，也可以把它叫做“化石蛋”了。尽管它还保持着原来的样子，可是里面的物质却不相同了，原来的蛋白、蛋黄已被无机的盐类所代替和充填，蛋壳里也充满了无机盐类。恐龙化石的形成与上述腌咸鸡蛋的方式相似。假如在7000多万年以前，一条恐龙的遗体偶然地被埋在地下，没有被打破，也没有遭到细菌的作用而分解。地下含有丰富的地下水，水中含有较多的无机盐类，这些无机盐类就是我们用壶烧水时在壶底沉淀下来的水碱（它们多是碳酸钙），这些无机盐分子逐渐代替和置换了有机质，经过漫长的岁月，这条恐龙就变成了化石。这个作用我们称为石化作用。实际上石化作用是在一系列化学和物理的作用下完成的，因此是一个复杂的、由量变到质变的过程。由于岩石性质不同，地下水所含的矿物质也不一样。前面谈到的可以叫作钙化，一般的骨骼和贝壳等形成的化石都是经过钙化的。但有些化石是由硅质充填的，叫作硅化（过去叫作矽化），如许多本化石就是经过硅化的。由铁质沉淀充填的叫作铁化，不少海生的介壳类化石就是经过铁化而成的。在澳大利亚有一种宝石叫蛋白石，常常是由海生动物骨骼经硅化而成。
除了生物的遗体能变成化石以外，生物的遗迹也可以形成化石。蠕虫在泥沙中爬行，一边掘土前进，一边吃土壤中可以吃的营养，如果条件适合，这种蠕虫活动的痕迹也可以形成化石，这就是遗迹化石。遗迹化石中最使人感兴趣而且在科学上意义较大的是脚印化石，特别是恐龙的脚印化石。
生物活着时要进行分泌、排泄、生殖等活动，这些物质经过石化后变成的化石就叫作遗物化石。卵生动物的蛋也会保存成遗物化石，如恐龙蛋化石和粪化石。化石是生物繁衍盛衰的直接证据，好像生物进化历史上的文字档案。古生物学者就是研读化石文字档案的人。
有神论者们坚信地球上的生物都是“上帝”创造出来的，它们彼此之间没有亲缘关系。他们甚至提出，化石是上帝创造万物时留下的铸模，即所谓“遗弃物”。我国封建社会的历史很长，由于科学不发达和统治者故意把传说中的“龙”神秘化，所以很久以来人们对化石和“龙骨”的解释似是而非，并把它们蒙上一层唯心主义的色彩。《太平寰宇记》中有这样一段记载：“玄武山一名三隅山，在玄武县东二里，其山六屈三起，出龙骨。传云：龙升其山，值天门闭，龙升不达，遂死于地，后没入地中，民掘其骨入药用。这段话中有关“龙骨”成因的解释是，龙要升天，正好天门关闭，于是摔死在地上，骨头埋入地下，民众挖它的骨头作药用。它把“龙骨”和化石说成是龙死后的骨头变成的，这显然是错误的。我国的地质古生物工作者在山西保德、府谷，宁夏同心一带曾经进行过大量的调查采集工作，获得不少有价值的“龙骨”，经过研究，这些被当做中药用的“龙骨”，并不是什么“龙”的骨头，也不是恐龙或其他古代爬行动物的化石，而是距今6000万年至10000年以前的犀牛、马类、鹿类、牛类、象类等哺乳动物的骨骼。中药中的“龙齿”，也是这些动物的牙齿化石，它们都是经过石化作用而变成化石的，含有微量元素和钙，具有药效而被中医采用。随着制药工业的发展，它们将被新的药品代替，而“龙骨”则成为人们了解自然，研究地球历史和生物进化史的有价值的科学材料。