O processo de fossilização mais frequente é a petrificação ou permineralização. Este processo ocorre quando os tecidos orgânicos de um organismo, como ossos, madeira ou conchas, são substituídos por minerais ao longo do tempo, preservando a estrutura original com detalhes minuciosos. A petrificação geralmente acontece quando um organismo morre em um ambiente com água rica em minerais, como sedimentos no fundo de lagos ou oceanos, onde o corpo fica coberto rapidamente, impedindo a decomposição completa. Com o passar do tempo, os minerais da água infiltram-se nos tecidos, substituindo as matérias orgânicas por minerais sólidos, resultando em um fóssil durável e bem preservado.
Esse processo é comum na formação de fósseis de ossos, conchas, troncos de árvores petrificados e outros restos duráveis de organismos antigos.