관입의 법칙
화성 활동이 일어나면 마그마는 주변의 지층에서 약한 부분을 관입하게 된다. 따라서 마그마에 관입당한 암석은 관입한 마그마보다 먼저 생성된 것이다. 이러한 마그마는 냉각되어 화성암이 되므로 화성암이 주변 암석을 관입하고 있으면 화성암은 주변 암석보다 나중에 생성된 것임을 알 수 있다. 이를 관입의 법칙이라고 한다.
마그마가 주변 암석을 관입할 때 주변 암석이 부서져 마그마에 포함되는 수가 있다. 관입당한 암석의 포유물을 가지고 있는 경우가 많은데, 포유물을 포함하고 있는 암석은 주변 암석보다 나중에 생성된 것이다. 지층 사이의 선후 관계가 분명하지 않을 때는 포유물이 매우 중요한 역할을 한다.
동물군 천이의 법익
여러 지층에서 나오는 화석을 조하해 보면, 상부 지층으로 갈수록 진화된 화석이 나오게 된다. 또한, 같은 종류의 화석이 여러 시대의 층에서 반복하여 나오는 경우는 별로 없다. 따라서 화석을 이용하면 어느 지층이 먼저 생성되었는지를 알 수 있다. 화석의 변천을 이용하면 지층의 선후 관계를 알아낼 수 있는데, 이를 동물군 천이의 법칙이라고 한다.
지질 시대의 생물이 잘 보존된 예로는 시베리아 지역에서 발견된 매머드 화석과 호박 속에서 발견된 곤충 화석을 들 수 있다. 매머드는 약 2만 년 전에 살았던 거대한 코끼리의 일종으로, 시베리아의 얼어 붙은 땅 속에서 살과 털이 원래 모습대로 잘 보존된 채로 발견되었다. 그러나 매머드나 곤충처럼 온몸이 모두 화석으로 남아 있는 것은 매우 특별한 경우이다.
몰드 캐스트
고생물이 화석으로 남게 되려면 다른 동물들에게 먹히거나 박테리아 등에 의해서 분해되지 않도록 빨리 매몰되어야 한다. 퇴적물 속에 묻힌 경우에도 피부나 살과 같이 연한 부분은 쉽게 썩기 때문에 뼈나 단단한 껍질처럼 굳은 부분이 화석으로 남게 되는 경우가 많다.
생물이 땅 속에 묻혀서 오랜 시간을 지내는 동안 지하수에 용해되어 없어지고 겉모양만 화석으로 남아 있는 것을 몰드라고 한다. 몰드는 마치 부드러운 진흙에 조개 껍데기를 눌러 주었을 때 생기는 조개껍데기 모양의 무늬가 암석 속에 남아 있는 것과 같다.
흔적화석
몰드에 다른 물질이 들어가 침전되어 원래의 모습이 복원되면 이를 캐스트라고 한다. 때로는 과거에 생물이 살았던 흔적이 암석 속에 남아 있는 경우도 있다. 생물이 살던 흔적도 당시의 환경이나 생물에 대한 좋은 단서가 되므로 화석으로 취급하는데, 이를 흔적 화석이라고 한다. 생물이 기어간 흔적화석, 우리나라 남해안 지역에서 발견된 공룡의 발자국 화석이 있다.
시상화석
생물은 종류에 따라 살아가는 환경과 생존시기가 다르다. 생물과 유사점을 토대로 고생물의 서식 환경을 추정할 수 있는데, 이처럼 지질 시대의 생물이 서식하였던 당시의 자연 환경을 잘 알려주는 화석을 시상화석이라고 한다.
산호는 따뜻하면서 맑고 얕은 바다에서 주로 살고 있다. 따라서 어느 지층에서 산호 화석이 나왔다면 그 지층이 생성될 당시에 그 지역은 바다였으며, 수온과 깊이가 어떠했느지를 짐작할 수 있다.
표준화석
생존 기간이 짧거나, 진화가 비교적 빨리되어 시대에 따라 형태가 달라지고, 넓은 지역에 걸쳐 많이 나오는 생물의 화석은 지층의 선후 관계를 알아내는 데 큰 도움이 된다. 이러한 화석을 표준 화석이라고 한다.
고생대에는 삼엽충이 매우 번성하였으며, 거의 전세계의 지층에서 발견된다. 그러나 고생대 이후에는 나오지 않으므로 어느 지역의 지층에서 삼엽충이 발견된다면, 그 지층은 고생대에 해당되는 지층임을 알 수 있다.