化石是指各个地质时代埋藏于地下的动物或植物，在地层成岩过程中，这些动植物被矿物所交代，但保持其原形的生物遗体。新疆地层齐全，基本上各个地质时代的化石均可见到，特别是珊瑚、腕足类、三叶虫、鱼类、两栖类、哺乳类和植物化石均有产出。有一些稀奇的化石群则成为新疆一大景观。
某些具有一定观赏和收藏价值的古生物化石类观赏石，特别是古脊椎动物化石，是人们最喜欢收藏的品种之一，尤其是西方国家的博物馆和收藏者更热衷于采集、收藏和经营。但是，在我国按照文物保护法的规定，这些古脊椎动物化石与地下文物一样，属国家所有，个人不得随意采挖，更不能进行自由倒卖。
木化石：又称石化木，指已石化的植物次生木质部，其物质成分多已变为氧化硅、方解石、白云石、磷灰石、褐铁矿或黄铁矿等，如主要是氧化硅者则称为“硅化木”。我国地层中木化石很多，目前是新疆奇石市场的主流品种。
蕨类植物的叶化石：其叶形较好者有锥叶蕨、枝脉蕨、织羊齿、脉羊齿、大羽羊齿等数种。
裸子植物的叶化石：其叶形较好者有科达、蕉羽叶、侧羽叶、拟银杏、线银杏、长枝杉等。
三叶虫：为常见的观赏化石。新疆相断发现了各种三叶虫化石，一般与海洋动物（珊瑚、海百合、腕足类、头足类等）化石共生。
珊瑚化石：全国各省多有发现，但块体完整（块状或树枝状）且纹路清晰者并不多见，一般珊瑚化石没多大观赏价值，价格也很便宜，构造完整清晰度高者可收藏。中生代以前的新疆海相地层中，一般可找到珊瑚化石。
海百合化石：属棘皮动物。以其外形似百合花，故名。硬体分根、茎、冠三部分，冠部又分萼和腕，均由钙质骨板组成，萼常呈球形或杯形，为海百合主要鉴定部分。茎由许多茎板叠置而成，长短不一，外形有圆形、椭圆形、五边形等。新疆奇台县有一个名叫“石钱滩”的海相古生物化石出露点，那里的戈壁上散落的大量的距今3亿年前石炭纪的珊瑚类、腕足类、瓣鳃类、腹足类等几十种海洋动物化石，其中最多的是海百合，由于它的茎环酷似古钱币，因此被称为“石钱滩”。
石燕：为腕足类动物化石之一种。贝体大，轮廓横长，铰合线为壳的最宽部分。两壳双凸形，中槽、中隆发育。壳喙尖锐弯曲，铰合面凹曲，成横三角形。分布世界各地，品种甚多，大同小异。乌什县有一座燕子山，它以山上盛产燕子状的石燕化石而闻名。
菊石：为头足纲、菊石亚纲动物的化石。整块多扁圆形，打开有菊花状纹。壳多包卷，厚且多饰纹，如横肋、纵脊、瘤、刺等。在整个中生代的海洋中，它是一种数量最多、占统治地位的无脊椎动物。菊石壳化石是划分中生代海洋沉积地层的标准化石。化石的此类菊石不是矿石的菊花石，不要混淆。
角石：在我国较具代表性为直角石化石，也名震旦角石，古称宝塔石。另有珠角石，也叫阿门角石，也为直角，呈串珠状。还有袋角石、箭钩角石、短棒角石等等。过去有的人将角石误认为是动物角或牙齿的化石，其实角石是螺的外壳的化石。乌鲁木齐东山4.4亿年前的奥陶纪地层中发现过此种化石。
贝类：昆仑山北麓的皮山县境内最近发现了一座“化石山”，山上遍地是裸露于地表的软体动物门瓣鳃纲的贝类化石。近几年，在新疆托克逊、巴里坤也多有发现。
蜻蜓：蜻蜓是昆虫纲蜻蜓目差翅亚目的一类节肢动物。发现于乌鲁木齐2.3亿年前二叠纪的灰色泥质页岩中。3.2亿年前就有了早期蜻蜓，大的种类其翅展可达75厘米，这类蜻蜓早已绝迹。现存蜻蜓约有5000种。
马陆：马陆是节肢动物门多足纲的一类动物。发现于乌鲁木齐二叠纪的灰色泥质页岩中。马陆属早期节肢动物，起源于像蚯蚓一样的环节动物。有些种类的马陆，在初生时有6只足，昆虫有可能就是从这类“六足幼虫”演化来的。
古鱼类：3.6亿年前的泥盆纪是鱼类发展极为重要的时期，各个主要分类群都已出现。我国鱼化石发现甚多，如在南方发现的头甲鱼及多鳃鱼化石，在云南发现的鳍甲鱼化石，在湖南、广东、广西、贵州、云南、宁夏发现的沟鳞鱼化石，在南方发现的中华棘鱼化石，在新疆发现的吐鲁番鳕鱼化石，在北方发现的狼鳍鱼化石，在东北发现的满州鱼化石，在湖北发现的江汉鱼化石等等。天山南北的晚二叠纪地层中，广泛分布着吐鲁番鳕化石，这种化石由于最初发现于吐鲁番，故名。吐鲁番鳕属硬骨鱼系辐鳍亚纲的古鳕目古鳕科，体长可达40厘米。吻圆钝、口裂大、牙齿细小，背鳍和臀鳍位置靠后，呈三角形，鳞片呈菱形。生活在淡水中。
准噶尔翼龙：生活在1亿多年前的白垩纪早期。过去人们认为翼龙只生活在海滨,而准噶尔翼龙是在克位玛依的乌尔禾陆相地层中发现的，说明有些翼龙也生活在淡水湖边。
恐龙蛋：恐龙蛋是珍贵的古生物化石，在我国河南西峡大规模恐龙蛋化石发现前，全世界收藏不超过500枚。目前在我国山东莱阳、广东南雄、始兴，江西赣州均有发现。新疆乌尔禾等地区也发现了恐龙蛋化石。恐龙蛋化石有圆形、卵圆形、长椭圆形等多种形状；大小悬殊，小者似鸭蛋，大者直径超过了50厘米。
水龙兽：水龙兽是一种类似于哺乳动物的爬行动物，生活在水中。它的颈较短，身体呈桶状。四肢短，尾巴不长。水龙曾生活在三叠纪初期（距今约2亿年）。它是爬行动物向哺乳动物进行化而未成功的一个旁支，于三叠纪末绝灭。根据新疆吉木萨尔和吐鲁番发现的化石，说明和水龙兽、肯氏兽一起生活的还像鳄鱼一样的阔口龙（加斯马吐龙）和一些原始爬行动物，如三台龙、似原晰等。
鸟类：1.4亿年前晚侏罗纪的始祖鸟，人们曾把它作为鸟类的祖先。近几年，我国辽宁西部多种原始鸟类（中华龙鸟、孔子鸟等）的发现，进一步证实了鸟类起源于爬行动物虚骨龙类（恐龙的一种）。1982年，在新疆三个泉发现了新疆鹤类鸟化石。1991年在乌鲁木齐红山二叠纪页岩中相继采集到8例被采集者称为“鳍翅鸟”的化石。
古两栖类：3.5 亿年前的泥盆纪晚期，新疆境内的海洋大幅度退缩，到距今2.7亿年的二叠纪时，欧亚联合古陆形成，塔里木古板块向北运动与准噶尔古板块碰撞拼合，使洋盆闭合。天山、昆仑山、阿尔泰山从茫茫大海中拔地而起。生活在水中的总鳍鱼类（属硬骨鱼类）经过长期适应，逐渐演变成了既可在水中游动，又能在陆地生活的原始两栖动物。乌鲁木齐红山二叠纪页岩中，采集到了两栖爬行类动物——肩鳍类化石。在准噶尔盆地五彩湾附近的红色泥岩中，也发现了2.5亿年前的两栖纲圆鳞科化石新种。
古爬行类：原始西栖类经过几千万年的演化，到距今3亿多年前石炭纪早期，产生了原始的爬行类。由于摆脱了繁殖时对水体的依赖，爬行动物成了最早征服陆地的脊椎动物。距今2.3－0.65亿年的中生代是爬行动物时代，当时的种类和数量要比现在多得多，目前在我国四川发现有蛇颈龟、中国古鳖化石，在其它地方发现有无盾龟、陆龟化石。在准噶尔盆地，采集到许多爬行纲动物化石，其中大多数是恐龙、龟鳖目和鳄目化石。
恐龙：在爬行动物化石中，最有名的是恐龙，恐龙包括了爬行纲动物分类中晰臀目和鸟臀目这两个已经灭绝了的目级分类群动物。恐龙自距今2.3亿年前的三迭纪中期出现，到距今6500万年前的白垩纪突然灭绝，主宰了地球1.7亿年。恐龙种类繁多，小的只有几十厘米，大的有几十 米长、几十吨重。陆地、水下、空中都有恐龙的活动。新疆奇台恐龙沟内已挖掘出3具恐龙化石。其中4号坑中一具蜥脚类化石身高10米，体长达34米，是亚洲发现最大恐龙化石。克位玛依乌尔禾的准噶尔翼龙化石名震中外，它的两翼展开足有2米，头顶冠状突起向后延伸，前牙消失，身后拖一条长尾。目前，在新疆发现的恐龙化石还有单棘龙、克拉美丽龙、巧龙、天山龙、工部龙、鄯善龙、暴龙、耐梅盖吐龙、嘉峪龙和敏捷龙等。
哺乳类：6500万年以来的新生代是哺乳动物时代。哺乳类起源于爬行类，在新疆三迭纪地层中发现的二齿兽，就接近于哺乳类祖先的爬行类。第三纪时，从白垩纪就已存在的原始有胎盘食虫目起源，以北大陆为中心，分化产生了适应各种生态环境的哺乳动物。到第四纪时，完成了森林古猿向人类的进化。在吐鲁番采集到恐角兽、天山兽、古脊齿兽、天山副巨犀等哺乳动物化石。在新疆其他地区还采集到豕齿兽、东方柱兽、冠齿兽、古菱齿象、剑齿象、大唇犀、大角雷兽、恐角兽等化石。
天山副巨犀：天山副巨犀（吐鲁番巨犀）属哺乳纲奇蹄目犀牛科，出土于吐鲁番2250万年前的第三纪渐新世地层中。这是当今世界上发现的最为完整的巨犀化石。化石标本高5米，长7米，生前体重约33吨，是现代非洲大象体重的4倍，目前该化石陈列在吐鲁番博物馆。
象：新疆准噶尔盆地发现的哺乳纲长鼻目的剑齿象化石是世界上分布最北的，其余大多分布在非洲和亚洲东南部。剑齿象身高4米，体长达8米。乌鲁木齐、昌吉等地还采集到古菱齿象、猛犸象、嵌齿象等化石标本。
古生物化石种类繁多，不是什么都可以成为观赏石的。要选造型奇特、完整，较有稳定性和稀有，具有科研价值，且有一定的美感者为观赏石。古生物化石的鉴定问题很复杂，要多请教有关专家。目前市面出售的多有赝品或伪造者，有用水泥或其他粘土、石膏复制者，有的还复制得维妙维肖，购买时要注意以免上当受骗。
其 他
钟乳石及盐晶类：钟乳石为岩溶生成物，多产于溶洞中自洞顶下垂的石灰质体，是含有丰富碳酸钙的山水或地下水由于二氧化碳的逸出和水分的蒸发，部分碳酸钙重新沉淀而成。主要分布在我国南方地区，新疆其他地区蕴藏情况不详。目前在哈密、鄯善已有发现，已被开发成为奇石，这些钟乳石被称为旱钟乳。哈密黄钟乳石产自新疆哈密红柳河一带，附生锰矿。由于哈密久远地质年代变化，红柳河一带多地下封闭溶洞。一般形如串球体垒砌，其中一部分呈菜花状，由于硫化物含量高，钟乳多呈黄色，晶莹剔透。
新疆一些盐湖中由于水的 蒸发作用，高浓度的盐溶液可形成盐晶、盐晶花。
陨石类：如果把地球原来就有的石叫地石的话，那么从地球之外的太空（宇宙）来的石就是天石了。陨石又是太空直接送给我们的天石标本（样品），为了让我们更好地了解宇宙，好像是专程送来给我们作研究之用的，由于陨石能给人以这种神秘感和科研感，加上能够找到者甚少，所以陨石历来都为国家和个人所重视，一经发现，就由国家或个人所珍藏。对于奇石爱好者来说，陨石又被看成是奇中之奇。陨石按其成分，一般分为石陨石、铁陨石和石铁陨石，此外还有玻璃陨石。
现在新疆地矿博物馆楼前展出的新疆铁陨石，是世界上第三、中国第一的大陨石，重约30吨，长2.42米，宽1.85米，高1.37米，是件珍奇之石，吸引着中外游客都以能目睹这个天外来客为荣。它1898年发现于新疆青河县银牛沟，何时降落无从考究，1917年载入文献，当地人称“银骆驼”。含8种矿物，其中6种是地球上所没有的宇宙矿物。
