在地質學中，石化或石化（源自古希臘語 π?τρα (pétra) '巖石，石頭'）是有機物質通過替換原始物質并用礦物質填充原始孔隙空間而成為化石的過程。 木化石是這一過程的典型代表，但所有生物，從細菌到脊椎動物，都可以石化（盡管更硬、更耐用的物質，如骨頭、喙和貝殼，比肌肉組織、羽毛或皮膚等更柔軟的物質更能在這個過程中存活下來） . 石化是通過兩個相似過程的組合發生的：礦化和置換。 這些過程創建了原始樣本的復制品，這些復制品在微觀層面上是相似的。

石化所涉及的過程之一是再礦化。 通過這個過程產生的化石往往含有大量標本的原始材料。 當含有溶解礦物質（最常見的石英、方解石、磷灰石（磷酸鈣）、菱鐵礦（碳酸鐵）和黃鐵礦）的地下水充滿孔隙空間和標本空腔時，就會發生這個過程，特別是骨頭、貝殼或木材。 當這些礦物質從水中沉淀出來時，生物體組織的孔隙就會被填滿。 兩種常見類型的再礦化是硅化和黃鐵礦化。

硅化是有機物被二氧化硅飽和的過程。 二氧化硅的常見來源是火山物質。 研究表明，在這個過程中，大部分原有的有機物被破壞了。 硅化最常發生在兩種環境中——要么標本被埋在三角洲和洪泛區的沉積物中，要么生物體被埋在火山灰中。 水必須存在才能發生硅化，因為它減少了存在的氧氣量，因此減少了真菌對有機體的破壞，保持了有機體的形狀，并允許二氧化硅的運輸和沉積。 當樣本被二氧化硅水溶液滲透時，該過程就開始了。 樣品的細胞壁逐漸溶解，二氧化硅沉積到空隙中。 在木材樣品中，隨著過程的進行，木材的兩種成分纖維素和木質素被降解并被二氧化硅取代。 隨著水的流失，標本變成了石頭（一個稱為巖化的過程）。 要發生硅化，地熱條件必須包括中性至微酸性 pH 值以及類似于淺層沉積環境的溫度和壓力。 在理想的自然條件下，硅化可以以接近人工石化的速度發生。

黃鐵礦化是一個類似于硅化的過程，但涉及鐵和硫在生物體的孔隙和空腔中的沉積。 黃鐵礦化可以產生固體化石和保存下來的軟組織。 在海洋環境中，當生物體被埋在含有高濃度硫化鐵的沉積物中時，就會發生黃鐵礦化。 生物體在腐爛時會釋放出硫化物，硫化物會與周圍水中溶解的鐵發生反應。 鐵和硫化物之間的這種反應形成黃鐵礦 (FeS2)。 由于周圍水中較高濃度的黃鐵礦和較低濃度的碳酸鹽，生物體的碳酸鹽殼材料隨后被黃鐵礦取代。 黃鐵礦化在粘土環境中的植物中發生的程度較小。

置換是石化過程中涉及的第二個過程，當含有溶解礦物質的水溶解有機體的原始固體物質，然后被礦物質置換時，就會發生置換。 這可以非常緩慢地進行，復制生物體的微觀結構。 該過程的速度越慢，微觀結構就越明確。 通常參與置換的礦物有方解石、二氧化硅、黃鐵礦和赤鐵礦。

很少發現單獨通過置換（而不是與礦化相結合）保存的生物遺骸，但這些化石對古生物學具有重要意義，因為它們往往更詳細。

通過石化過程產生的化石不僅用于古生物學研究，而且還被用作裝飾品和信息品。 硅化木有多種用途。 石化木板可以制作成桌面，或者石板本身有時會以裝飾性的方式展示。 此外，更大的木頭被雕刻成水槽和盆。 其他大件也可以制作成椅子和凳子。 硅化木和其他石化生物也被用于珠寶、雕塑、鐘表制造、煙灰缸和果盤，以及景觀和花園裝飾。

硅化木也被用于建筑。