恐龙化石，是指恐龙死后身体中的软组织因腐烂而消失，骨骼(包括牙齿）等硬体组织沉积在泥沙中，处于隔绝氧气的环境下，经过几千万年甚至上亿年的沉积作用，骨骼完全矿物化而得以保存。此外恐龙生活时的遗迹，如脚印等有时间也可以石化成化石保存下来。
当恐龙死去并很快地被沉积物或水下泥沙所覆盖时，石化过程就开始了。这些沉积物中含有细小的颗粒，会在尸体表面形成一层松软的覆盖物。这条“毯子”可保护动物尸体免受食腐动物的侵袭，也可隔绝氧气，抑制微生物的分解。恐龙的体型、生活形态等可以通过发现的化石而进行复原和推断，但恐龙的皮肤的颜色，无法找到化石的依据，所以只能根据对现有动物的认识来推测。根据古生物学家推测，大型恐龙可能会有斑纹或斑点作为保护色，颜色也会更鲜艳一些。交配期间，雄性恐龙的头部与皮肤的部分区域可能会像现代鸟类一样显现出艳丽的色彩，这样更容易获得异性的青睐。恐龙的骨骼和牙齿等坚硬部分是由矿物质构成的。矿物质在地下往往会分解和重新结晶，变得更为坚硬，这一过程被称为“石化过程”。随着上面沉积物的不断增厚，遗体越埋越深，最终变成了化石。而周围的沉积物也变成了坚硬的岩石。这个过程是极其缓慢的。在石化回归地表的过程中，还有许多危险。在成千上万的石化过程中，周围的岩石可能会弯曲变形，这样化石就会被压扁。另外，地壳底部的高温也有可能让化石熔化。逃过这些劫难后，还得有人赶在化石从周围岩层中分离前找到它，否则化石就会碎裂消失。只有少数相当特殊的地质环境能够将化石保存完好，最常见的是质地细致的沉积岩。而恐龙化石由于年代久远，保存更不容易。现在所发现的恐龙化石埋藏地主要有德国的索伦候芬、蒙古戈壁沙漠的火焰崖、中国云南的禄丰、中国山东诸城等。
著名古人类学家玛丽·利基1975年在坦桑尼亚发现的莱托里足迹被认为是最早的人类足迹，距今约366万年。克里特岛足迹化石的新发现，或将人类双足行走的直接记录“足迹”往前推了200万年左右。这一结果极大地挑战了传统的人类演化理论，瑞典乌普萨拉大学8月31日发布的新闻稿说道。考古学家在希腊克里特岛西部的小岛Trachilos上发现了晚中新世留下的四足动物 [注1] 的足迹 （遗迹化石）。它出现在墨西拿阶 （晚中新世晚期） 新兴的海平面上，或者说是边缘海演替的位置。Trachilos岛海岸的岩石位于一个盆地当中，是浅海环境的碳酸盐和硅质碎屑岩相连组成的沉积层。望其顶层，粗粒的陆源沉积层覆盖了海相沉积层。陆源沉积层是在墨西拿盐度危机。中因气候干燥形成的，距今约560万年。陆源沉积层迅速覆盖了浅水环境，很好地保存了一些遗迹化石。在同一层位还出土了大量的水生动物化石，研究人员在足迹表层提取到11个有孔虫样本，通过微古生物学分析，并结合地层顺序的分析，推断这些足迹在850万年到560万年前形成。
重大自然灾害也能为揭示恐龙的群居结构提供信息。杰克•霍纳在蒙大拿州挖出一种叫弯龙的新种恐龙上百块化石，它们可能属于一大群恐龙的一部分， 也许这群恐龙遭到了火山爆发的袭击。 在加拿大的艾伯塔•菲利普。柯里发现了一群恐龙的遗迹，它们在渡河时死去， 当时也许正在迁徙。事实上，在南极发现了一只恐龙的骨骼以及在阿拉斯加发现了其他几副骨骼之后,一些恐龙像候 鸟一样沿固定线路迁徙，每年返回故地产蛋孵卵的假设显得理由越来越充足。道路与足迹化石对研究古生物群至关重要，足迹常常成为研究恐龙行为基础，因为耶鲁大学的理查德•斯旺。卢尔曾经说过，即“足迹是活的生物化石， 而所有其他发现物是已死的生物化石。”例如，通过分析这些足迹，英国人R•麦克尼尔。亚历山大总结出了一些 方程式，可以从恐龙步子的长度以及其髋部假定的高度就可以估计其行进的速度。他由此推断，一些恐龙可以疾走如飞。
