Κύρια απολίθωση υφίστανται τα σκληρά τμήματα με πορώδη δομή των διαφόρων οργανισμών, όπως τα κόκαλα και τα όστρακα. Αυτά μπορούν να γίνουν πιο πυκνά στην εσωτερική δομή τους είτε σαν αποτέλεσμα διάλυσης και επαναπόθεσης των στοιχείων που τα αποτελούν είτε από πρόσθετη απόθεση διαφόρων ορυκτών, που κινούνται σαν διαλύματα μαζί με το υπόγειο νερό, μέσα στο υλικό που είναι θαμμένα. Επακόλουθο είναι η φυσική εσωτερική δομή μερικών οστράκων ή οστών να μεταβάλλεται ή και να αλλάζει τελείως. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντικατάσταση.
Περιπτώσεις που έχουμε πρόσθετη απόθεση υλικού είναι όταν αποτίθεται ανθρακικό ασβέστιο στην εσωτερική δομή των οστράκων διαφόρων θαλάσσιων οργανισμών (των οποίων η δομή αποτελείτε ήδη από ανθρακικό ασβέστιο) και έτσι το όστρακο γίνεται πυκνότερο και πιο ανθεκτικό.
Απολιθωμένα κοράλλια που έχουν υποστεί κύρια απολίθωση. Η δομή τους αποτελείται από ανθρακικό ασβέστιο και με πρόσθετη απόθεση ανθρακικού ασβεστίου έγινε ανθεκτικότερο και λιθοποιήθηκε.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα που συμβαίνει διάλυση και επαναπόθεση μόριο προς μόριο της εσωτερικής δομής ενός οργανισμού είναι οι κορμοί που αποτελούν το απολιθωμένο δάσος της Λέσβου. Εδώ έχουμε αντικατάσταση των μορίων που αποτελούσαν τον κορμό του δένδρου από διοξείδιο του πυριτίου, που κυκλοφορούσε σαν διάλυμα μέσα στο υλικό που ήταν θαμμένοι οι κορμοί. Έτσι, αν και άλλαξε η χημική τους σύσταση, η εσωτερική δομή των κορμών παρέμεινε αναλλοίωτη.
Απολιθωμένος κορμός δέντρου που έχει υποστεί κύρια απολίθωση με αντικατάσταση της δομής του (μόριο προς μόριο) από οξείδια του πυριτίου.
Ενανθράκωση συμβαίνει, όταν ένας οργανισμός βρεθεί σε τέτοιες συνθήκες, όπου διαλύματα και διάφορες άλλες χημικές δραστηριότητες ανάγουν τους ιστούς του με αποτέλεσμα αυτός ο οργανισμός να εμπλουτίζεται σε άνθρακα.
Σε αυτή την περίπτωση μπορεί οι οργανισμοί, λόγω της πίεσης που ασκείται πάνω τους από τα υπερκείμενα στρώματα, να ισοπεδωθούν και έτσι να μεταπίπτουν σε ένα λεπτό στρώμα από άνθρακα.
Ενανθράκωση παθαίνουν κυρίως φυτικοί οργανισμοί. Η διαδικασία της ενανθράκωσης μπορεί να έχει την εξής διαδικασία: Ο φυτικός οργανισμός καθώς πεθαίνει αποτίθεται σε ένα αναγωγικό περιβάλλον (έλος, βάλτος) και καθώς θάβεται από τα υπερκείμενα ιζήματα οι ιστοί του σιγά σιγά εμπλουτίζονται σε άνθρακα. Ανάλογα με την ποσότητα του άνθρακα που έχουμε διακρίνουμε τα εξής στάδια ενανθράκωσης: τύρφη, λιγνίτης, λιθάνθρακας, ανθρακίτης.
Η ποσότητα του άνθρακα με την οποία εμπλουτίζεται ένας οργανισμός εξαρτάται σε μέγιστο βαθμό ανάλογα από τον χρόνο που μένει θαμμένος. Έτσι στην Ελλάδα που τα απολιθώματα αυτής της μορφής είναι σχετικά πρόσφατα έχουμε αποθέσεις λιγνίτη, ενώ στις χώρες της κεντρικής Ευρώπης που είναι πολύ παλιότερα έχουμε λιθάνθρακες.
Αυτός ο τρόπος απολίθωσης συμβαίνει, όταν ένας οργανισμός βρεθεί σε τέτοιες συνθήκες που να διατηρηθεί σχεδόν αναλλοίωτος στην αρχική του μορφή. Αποτελεί ένα πολύ σπάνιο τρόπο απολίθωσης αλλά όταν συμβεί δίνει πολύ ωραία απολιθώματα.
Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι έντομα κλεισμένα μέσα σε ρητίνη
Αν και είναι σπάνια μορφή απολίθωσης συναντάται κυρίως σε παγωμένες περιοχές. Εκεί, όταν πεθάνει ο οργανισμός, μπορεί να θαφτεί μέσα στους πάγους και όταν για κάποιο λόγω αυτοί λιώσουν αυτός μπορεί να αποκαλυφθεί σχεδόν αναλλοίωτος.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι κατεψυγμένο Μαμούθ που έχει βρεθεί στην Σιβηρία.
Πρόκειται για μορφές που έζησαν πριν από 1,6 εκατομμύρια χρόνια ως 11.000 χρόνια και έμοιαζαν πολύ με τους ελέφαντες. Η διατήρηση τους μέσα στους πάγους είναι τόσο καλή που εκτός από τα μαλακά τους μέρη έχει διατηρηθεί σε κάποιο απολίθωμα μέσα στο στομάχι του.
Συχνά τα σκληρά μέρη των διαφόρων οργανισμών έχουν κοιλότητες μέσα στις οποίες υπήρχαν και τα μαλακά. Οι κοιλότητες αυτές αφού πεθάνει ο οργανισμός και καταστραφούν τα μαλακά μέρη γεμίζουν με ίζημα, το οποίο με τον καιρό λιθοποιείται. Έτσι αν αργότερα για κάποιο λόγο καταστραφεί το σκληρό όστρακο θα μείνει ο πυρήνας από το ίζημα. Τότε έχουμε το εσωτερικό εκμαγείο του οργανισμού.
Σε περιπτώσεις που καταστραφεί το όστρακο αλλά διατηρηθεί το εξωτερικό αποτύπωμα του στο περιβάλλον πέτρωμα τότε έχουμε το εξωτερικό εκμαγείο.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα γαστερόποδα (μαλάκια), όπου έχουν συνήθως όστρακο περιελιγμένο κλειστό στο ένα άκρο και ανοιχτό στο άλλο. Μέσα στην κοιλότητα του οστράκου ζει ο οργανισμός. Όταν πεθάνει και θαφτεί, τότε το όστρακο γεμίζει με ίζημα, το οποίο με τον καιρό λιθοποιείται. Αν αργότερα καταστραφεί το κέλυφος (διάβρωση από κάποιο διάλυμα ή από τις καιρικές συνθήκες όταν βρεθεί στην επιφάνεια) τότε θα μείνει ο πυρήνας του και θα δώσει το εσωτερικό εκμαγείο. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις που μπορεί να καταστραφεί το όστρακο και να μείνει το εξωτερικό του ίχνος πάνω στο πέτρωμα, (εξωτερικό εκμαγείο).
Αυτού του είδους η απολίθωση συμβαίνει, όταν ένας οργανισμός καλυφθεί στο σύνολο του από ένα στρώμα ανθρακικού ασβεστίου. Τέτοια παραδείγματα αποτελούν συχνά οι κουκουνάρες ή τα ποτάμια ψάρια. Αυτά όταν πεθαίνουν πέφτουν στον πυθμένα του ποταμού. Το εν διαλύσει ανθρακικό ασβέστιο που περιέχεται στο νερό αποτίθεται στην επιφάνειά τους και καθώς αυτά κυλούν από το ρεύμα του ποταμού το σώμα τους καλύπτεται γύρω γύρω από το παραπάνω υλικό. Έτσι περικλείονται σε μια κρούστα από ανθρακικό ασβέστιο και μοιάζουν με κροκάλες που στο εσωτερικό τους περιέχουν τον απολιθωμένο οργανισμό.
Με τον όρο βιοδηλωτικά ίχνη
εννοούμε οποιοδήποτε ίχνος ζωής, αφήνει ένας οργανισμός και το οποίο αποτυπώνεται σε ένα
γεωλογικό στρώμα χωρίς όμως να αφήσει σκελετικά στοιχεία.
Αποτύπωμα βαδίσεως χειροθηρίου πάνω σε άμμο.