Fosilie jsou zbytky a otisky organismů z minulých geologických dob nebo jejich stop a výkalů. Jako synonymum se užívá výraz zkameněliny (petrefakty), přestože ne všechny fosilie procházejí procesem petrifikace (např. mamut zamrzlý v permafrostu).[2] Vznik fosilií neboli fosilizace vyžaduje vzácnou shodu okolností po uhynutí organismu, které vedou buď k zachování jeho částí v případně pozměněném (zkamenělém – petrifikovaném) stavu nebo zachování jeho tvaru otištěného například do sedimentu.
Studiem fosilií se zabývá paleontologie. Nejznámějšími fosiliemi jsou například pozůstatky pravěkých živočichů (trilobitů, dinosaurů, mamutů). Souhrn informací z nalezených fosilií se nazývá fosilní záznam. Pro určování stáří v biostratigrafii i paleontologii jsou důležité především vůdčí fosilie.