Een fossiel is een overblijfsel of spoor van een oud levend wezen.
Fossielen van dieren, planten of protisten komen voor in sedimentair gesteente.
Bij een typisch fossiel is de lichaamsvorm behouden, maar zijn de oorspronkelijke moleculen waaruit het lichaam bestond, vervangen door een anorganisch materiaal, zoals calciumcarbonaat (CaCO3 ) of siliciumdioxide (SiO2 ). Het fossiel voelt aan als en is gemaakt van gesteente. Het is gemineraliseerd of versteend.
Een fossiel kan ook een afdruk of indruk zijn van een levend wezen dat in de versteende modder van een lang vervlogen tijdperk is achtergebleven.
Sommige organismen fossiliseren goed, andere niet. De meest voorkomende fossielen zijn achtergelaten door organismen die harde materialen produceren. De harde, kalkhoudende schelpen van weekdieren (zoals mosselen en slakken) en van de nu zeldzame brachiopoden (ook wel lampetjesschelpen genoemd) zijn daar voorbeelden van. Deze in zee levende schelpdieren hebben in de aarde veel fossiele (d.w.z. fossielhoudende) kalksteenlagen opgeleverd.
Zachte organismen kunnen in bijzondere omstandigheden fossiliseren: de Ediacaran biota zijn daar een goed voorbeeld van.
De bekendste fossielen voor het grote publiek zijn die van de reusachtige, prehistorische dinosauriërs. De versteende botten en sporen van deze enorme, oude reptielen zijn te zien in veel natuurhistorische en aardwetenschappelijke musea.
De studie van fossielen door geologen en biologen wordt paleontologie genoemd. Als de studie levende wezens in hun ecologische context plaatst, wordt dat paleobiologie genoemd.
Voorbeelden van fossielen zijn botten, schelpen, exoskeletten, stenen afdrukken van dieren of microben, in barnsteen bewaarde voorwerpen, haar, versteend hout, olie, steenkool en DNA-restanten.
