我们知道，地球至今已经有46亿年的历史了，在地球的各个地质时期中，气候的变化经常是很剧烈的，植物经常遭受到狂风、暴雨、洪水和雷电的袭击。植物的一些枝、叶、果实、种子、花粉和孢子等，往往会脱离植物体而落到地面上，有时甚至整个植株或成片的森林都死掉了。这些植物的遗体大部分在地表被微生物分解了，没有给我们留下任何痕迹。但是，也有一部分植物遗体或被泥土掩埋，或冲入水底而被淤泥、河沙覆盖。由于它们与氧隔绝开来，从而避免了腐烂。它们与泥沙等物质一同胶结，在岩层的压力和地热的作用下，逐渐石化，形成植物化石。
由于沉积环境不同和保存条件的差异，化石的种类也不一样。通常有压型化石、印痕化石和矿化化石三种。
压型化石，是地质时期中的植物被泥、沙包埋以后，经过了岩化作用原来的植物体尚有不同程度的保存。如有的裸子植物或被子植物的叶子叶脉、叶表皮都保存完好，可以用作解剖学研究的材料。有的叶肉组织被分解，只留下叶子外表的角质膜，裸子植物的角质膜较厚，所以在化石中较常见。通过角质膜上的表皮细胞和气孔器的构造形态来研究化石植物的分类位置和亲缘关系的叫角质膜分析。专门研究化石种子的形态、结构，来获得分类学和系统学方面所需要的性状信息的叫古种子分析。这类化石在研究上最有价值。
印痕化石，是包埋植物体的泥、沙经过岩化以后，植物体的本身却被腐烂分解，最后只留下植物体表面的痕迹。在高等植物中比较有价值而且较常见的印痕化石是叶子。在化石叶子中我们不仅能看清它的外形轮廓、叶脉形态，而且还常常能见到它的表皮毛。有的植物在茎干上的纹饰较特殊，所以茎干的印痕化石也十分有价值。如鳞木类常常是根据它叶座上所显示的印痕特征来进行分类的。由于在印痕化石上获得分类信息的量没有压型化石多，所以它不像压型化石那么有价值。
矿化化石，是植物体或它的某一部分被岩石包埋的同时。它的细胞内含物被各种矿物质取代而形成的化石。如果它的细胞内含物被钙质取代叫钙化化石，被硅质取代的叫硅化化石，硅化木就是化石木材细胞的内含物被硅质取代的结果。木化石是古代植物的茎干变成了各种矿化化石的总称，在工艺宝石中称它为木变石，用它可以制作各种各样精美的工艺品和装饰品。研究过去的古气候、古地理和古生态环境的演变需要用化石植物的研究成果，研究植物的来龙去脉更是非有化石不可，所以化石植物逐渐被更多的人重视。
根据我们肉眼对化石植物能够看得见的程度又分为大化石和小化石。顾名思义，大化石是用我们的眼睛能够直接看得清楚的，如化石叶子、果实、种子、茎干、花和多细胞藻类等化石。对一些细菌、单细胞藻类、孢子、花粉之类，由于它们个体很小，必须要用各种显微镜放大到不同倍数才能见得到的叫作小化石，因为它个体微小，也有人叫微化石。由于孢子和花粉的外面有一层能忍受高温高压，不怕酸、碱腐蚀，也不容易被细菌分解腐烂的孢粉壁，因此，在一些找不到大化石植物的地质岩层中，它可以大显身手。