在古老地层中古生物的硬体虽然不可能保存，但组成生物体的当白质经分解后形成各种有机质，在地层中仍可保存下来，这就是所谓的“化学化石”。中外历史上许多科学家根据地层中发现的化石，来推测古今地理的变迁。
当然，并不是所有的化石一经发现，就能够凭那个“蛛丝马迹”立刻判断其当时的地理、气候、水文等等。而只能运用其中比较特殊的一些化石才能对古代自然地理环境作出比较合理的推测，这就是所谓“指相化石”。“指相化石”能起到如下作用：
首先可以根据化石来确定是海洋还是陆地。比如现代造礁珊瑚，主要分布在年平均温度为18～20℃、盐度正常、水深不超过100米的浅海地带。在30米水深之内，水温为20℃的地方珊瑚最为发育。所以大量的珊瑚礁分布在赤道两侧南北纬度28°之间的热带和亚热带的浅海中。因此，当我们在某一地层内发现造礁珊瑚化石时，就可以断定当地在某一地质历史时期曾经是温暖的海区。在我国南方各省早二叠世时普遍发育了含有珊瑚礁化石的石灰岩地层，由此断定广大的华南地区当时正处于热带或亚热带的海洋中。
又例如本世纪的20年代，在河南安阳地区曾有一批考古工作者发掘到一个3500年前的古迹——殷墟。发现大批目前当地已经绝灭了的哺乳动物残骸。在这些可称为亚化石的骨骼、牙齿等碎片中，有象、莫、四不象鹿、水牛以及其他动物。前面两种现在生于东南亚等亚热带森林地区；四不象鹿是古代生活于华北南部和淮河流域的动物；水牛等是温带地区的动物。所以殷墟的动物残骸表明：3500年前的河南，自然地理条件与目前大不相同，至少相当于气候温湿的南温带，甚至是亚热带的森林环境。
其次，可以根据化石恢复古代水文特点。例如许多现生式化石的软体动物壳体上的某些特征往往灵敏地反映出这方面的情况。一般来说，生活于深水远岸边地带的壳体比较薄，表面比较光滑；而生长在岸边，流动水体中的壳体比较沉厚，表面比较粗糙，多饰以瘤点突起，以此调节砂石对它的磨损。研究者还利用壳体化石中所含的某些元素分量的比率，推测当时水体的温度、盐度、深度等情况。总之，从化石的各种特点来研究古代的自然条件是多方面的，目前尚在继续探索或试验。
从本世纪的60年代开始，许多古生物学家注意到若干化石壳体具有“年轮”的生长纹，研究它们生长时期的年、月、日情况。1963年威尔斯首次论证了珊瑚增长物与时间的联系，创立了古生物记时的方法。
再次可以根据化石寻找不同的矿藏和水源。例如大庆油田，形成于白垩纪；胜利、大港油田，形成于第三纪早期；其他油田，也都有自己的成油时期。发现这些油田，都离不开对化石的研究。
根据化石找水和找矿的道理是相同的。寻找地下水，无非是两种情况：一种是含水层；一种是含水构造（如断裂带上）。要想了解其分布规律，必先从地层着手，还要研究那些岩石中所含的化石特点。比如黄土高原地区，气候比较干燥，地面水流相当缺乏，特别是农田灌溉用水，在某些地区显得特别紧张。地质工作者在勘探这一带的水源时，就是根据化石的特点，然后进一步勘探其目的层一一含水层，从而找到水源的。
化石不仅直接服务于找矿、找水，而更多的是间接地为找矿、找水、工程地质、地震地质等服务。总之，地质问题的一切领域，或多或少地都要牵涉到化石。