恐龙化石，是指恐龙死后身体中的软组织因腐烂而消失，骨骼(包括牙齿）等硬体组织沉积在泥沙中，处于隔绝氧气的环境下，经过几千万年甚至上亿年的沉积作用，骨骼完全矿物化而得以保存。此外恐龙生活时的遗迹，如脚印等有时间也可以石化成化石保存下来。 当恐龙死去并很快地被沉积物或水下泥沙所覆盖时，石化过程就开始了。这些沉积物中含有细小的颗粒，会在尸体表面形成一层松软的覆盖物。这条“毯子”可保护动物尸体免受 [[ 食腐动物 ]] 的侵袭，也可隔绝氧气，抑制微生物的分解。

恐龙残体如牙齿和骨骼化石是最熟悉的 [[ 化石 ]] ，这些都被称之为体躯化石；至于恐龙的遗迹（包括足迹、巢穴、粪便或觅食痕迹）也有可能形成化石保存下来，这些则被称为生痕化石。这些化石是研究恐龙的主要依据，据此可以推断出恐龙的类型、数量、大小等等情况。

恐龙的体型、生活形态等可以通过发现的化石而进行 [[ 复原 ]] 和推断，但恐龙的皮肤的颜色，无法找到化石的依据，所以只能根据对现有动物的认识来推测。根据古生物学家推测，大型恐龙可能会有斑纹或斑点作为保护色，颜色也会更鲜艳一些。交配期间，雄性恐龙的头部与皮肤的部分区域可能会像现代鸟类一样显现出艳丽的色彩，这样更容易获得异性的青睐。

在博物馆里能够看到的恐龙其实只是库存化石中的一小部分。例如在 [[ 犹他州 ]][[ 普罗伏杨百翰大学 ]] 的地球科学博物馆就贮藏了近100吨尚未剥除石膏外壳的化石。许多博物馆地下室的架子或抽屉里塞满了贴有标签的恐龙骨骼化石，其中大部分会原封不动地摆上好几年，等待科学家来研究。有些古生物学家会从一两根百年前出土没人研究或鉴定错误的骨骼中，鉴定出全新的恐龙品种。

恐龙的骨骼和牙齿等坚硬部分是由矿物质构成的。矿物质在地下往往会分解和重新结晶，变得更为坚硬，这一过程被称为“石化过程”。随着上面沉积物的不断增厚，遗体越埋越深，最终变成了 [[ 化石 ]] 。而周围的沉积物也变成了坚硬的岩石。这个过程是极其缓慢的。

在石化回归 [[ 地表 ]] 的过程中，还有许多危险。在成千上万的石化过程中，周围的岩石可能会弯曲变形，这样化石就会被压扁。另外，地壳底部的高温也有可能让化石熔化。逃过这些劫难后，还得有人赶在化石从周围 [[ 岩层 ]] 中分离前找到它，否则化石就会碎裂消失。

只有少数相当特殊的地质环境能够将化石保存完好，最常见的是质地细致的沉积岩。而恐龙化石由于年代久远，保存更不容易。现在所发现的恐龙化石埋藏地主要有 [[ 德国 ]] 的 [[ 索伦候芬 ]] 、 [[ 蒙古戈壁沙漠 ]] 的 [[ 火焰崖 ]] 、中国 [[ 云南 ]] 的 [[ 禄丰 ]] 、中国 [[ 山东 ]][[ 诸城 ]] 等。

[[ 德国 ]] 的 [[ 索伦霍芬采石场 ]] 在恐龙生活的时代是个热带浅海，当时还有岛屿散布。索伦霍芬的细致 [[ 石灰岩 ]] 层中保存有美颌龙属的化石，另外还有鱼类的纤细遗骸，以及早期鸟类 [[ 始祖鸟 ]] 等岛栖动物的遗骸。

[[ 蒙古戈壁沙漠 ]] 的 [[ 火焰崖 ]] 保存了很多 [[ 白垩纪 ]] 晚期的动物化石，包括 [[ 原角龙 ]] 、 [[ 窃蛋龙 ]] 和 [[ 迅掠龙 ]] 等。从20世纪20年代发现火焰崖蕴藏着化石以来，人们已经在这里挖掘了不少闻名世界的恐龙标本。

19世纪70年代，科学家们在位于 [[ 美国 ]][[ 怀俄明州 ]] 的 [[ 科摩断崖 ]] 发现了不少恐龙的骨骼化石，其中大部分都是 [[ 蜥脚类恐龙 ]] 的骨骼。 [[ 美国自然博物馆 ]] 的科学家从19世纪90年代开始就在这里挖掘，目前已发现数百件标本。

[[ 月谷 ]] 是一个位于 [[ 阿根廷 ]] 西部的荒芜的峡谷，人们从这里发现的化石中才知道恐龙的存在。从月谷发现的化石包括 [[ 三叠纪 ]] 晚期的喙龙类群和其他爬行动物类群，其中包括早期的兽足类恐龙 [[ 始盗龙 ]] 属和 [[ 埃雷拉龙 ]] 属。这个偏远地点发现于20世纪50年代，却一直到20世纪80年代晚期人们才知道这儿的化石蕴藏量非常丰富。

中国云南 [[ 禄丰县 ]] 恐龙山方圆10平方千米的地区，是闻名于世的恐龙之乡。1938年考古学家在这里首次发现完整的恐龙化石，之后陆续挖掘出数十具恐龙化石。经鉴定，其中有24属30多种恐龙，是世界上最原始、最古老、最丰富、最完整的脊椎动物 [[ 化石群 ]] 。

[[ 龙骨涧 ]] 是闻名中外的“巨型山东龙”和世界之最“巨大诸城龙”的出土地，位于 [[ 诸城市 ]][[ 吕标镇 ]] 库沟村北部，距诸城市区10公里。该涧为东西走向大冲沟，长约350米，宽约100米，深约20米。 据专家考证，龙骨涧及其周围地区，均属距今约7000万年的中生代晚 [[ 白垩纪 ]] 地层，含化石层最深处达2米，位于冲沟东头南坡阶地之上，呈28度角向冲沟北延伸下去，涧中所藏化石十分丰富，是一处世界罕见的恐龙化石宝库，种类主要为鸭嘴龙化石，同时发现有 [[ 霸王龙 ]] 牙齿 、恐龙蛋化石等。自1964年以来，龙骨涧先后挖掘出至少10具恐龙化石，约50多吨，有4具已装架成鸭嘴龙骨架标本陈列于 [[ 北京 ]] 、 [[ 天津 ]] 、 [[ 济南 ]] 和诸城，其中陈列于 [[ 诸城市恐龙博物馆 ]] 的“巨大诸城龙”高9.1米，长16.6米，是世界上同类型中最高大的。

目前 ， [[ 龙骨涧化石区 ]] 被定为潍坊市自然保护区，保护区东西长640米，南北宽240米，总面积153600平方米。

2014年2月，考古学家在 [[ 马来西亚 ]][[ 彭亨州 ]] 发现第一块恐龙化石。

[[ 马来亚大学 ]] 教授 [[ 曾根正敏博士 ]] 说，由马来亚大学和 [[ 日本大学 ]] 组成的考察队在彭亨内陆一个村庄，发现了这块化石。

在发现恐龙化石的埋藏地点后，考古人员就要把 [[ 化石 ]] 挖掘出来。起出那些零星的小化石可能只需要一个人花上几分钟的时间，但如果是要将大块化石从坚硬的岩石中起出，就需要大批人员费时数星期或数月，侵蚀中的悬崖和河岸都是寻找化石的好地点动用各种机械工具才能完成。在此过程中，测量并记录作业细节也同样重要。

探寻恐龙的最佳地点是在 [[ 中生代 ]] 沉积岩层露出地表或接近地表的地方。山路旁、采石场、海岸、悬崖、河岸甚至煤矿都可能是挖掘的地点。然而占地最广、恐龙蕴藏量最多又露出地表的地区多半位于崎岖的不毛之地或遥远的沙漠之中。

化石在移动前要先进行稳定处理。有时只需要用胶水或树脂涂刷暴露部分，有时则必须以粗麻布浸泡热石膏液做成的绷带来包裹。小块化石可以用纸张包起来，或收藏在样品袋中以免受损。大块化石或用石膏包裹，或在最脆弱的部位用 [[ 聚胺甲酸酯 ]] 泡沫来保护。有些较大的内藏化石的石块则必须先劈开再运输。

寻找、挖掘作业只是认识恐龙化石的第一步，接下来就是将 [[ 化石骨骼 ]] 一块块地拼凑起来，重新构建一副骨架。而复原工作则是在骨架上添加筋肉，使之重现生前的模样。所以有时古生物学家花在实验室里的时间比花在野外的时间还长。

在实验室里取出恐龙化石时需要特别小心。去除岩石、露出化石的精巧细部构造需要谨慎处理，也相当费时。可视需要移除的岩石多寡来决定使用的工具。在去除化石周围的岩石后，需要在化石上涂胶水和 [[ 树脂 ]] 来加以保护。

稀释后的 [[ 乙酸 ]] 或 [[ 甲酸 ]] 可以用来溶蚀化石周围的岩石，而不会伤及化石本身。但整个作业过程必须谨慎监看，因为有时酸剂会由内部将化石分解。并且有些酸剂相当危险，可能会灼伤皮肤，因此使用者必须穿戴安全面罩、手套及防护服。

等化石完全准备妥当， [[ 古生物学家 ]] 就可以描述化石的构造，并与相关或类似的恐龙做比较。如果有可能是新的属或种类，就要为这个化石恐龙起个新学名。拿新化石的特征和其他化石做比较，就可以把新化石纳入种系发生关系中。

图解描绘的过程是描述恐龙实际长相的关键。图解的方式很多，有的精确素描岩石中埋藏的化石，有的是结构完整、标示清楚的重建复原骨骼图。为求精确，科学家通常会使用 [[ 摄像描绘器 ]] 。虽然素描作品不如照片精确，但还是很有用。因为借由素描可以将可能同时出现在单件化石上的特征结合呈现。

在弄清楚了某种恐龙骨骼的结构之后，就会尽可能地重组该副骨架。失落的骨架用玻璃纤维制作的模型来代替。现在能够看到的大部分大型的展示骨架也都是用质量较轻的 [[ 玻璃纤维模型 ]] 来代替，并将细金属条隐藏其中，以便支撑架构。重组的骨架是重塑某种恐龙生前模样的基本依据。现存的爬行类、鸟类和哺乳动物的身体结构也可以用来参考。它们有助于指出恐龙内部器官的大小、外形、位置和构成腹部的肌肉情况。皮肤的构造则参照化石上的皮肤印痕。

修理工作的首要任务是毫无损伤地从围岩中把没有外露的化石凿刻出来，把断裂的化石粘补完整，这样才能恢复恐龙骨骼的真面目，便于专家进行研究。从事修理工作的人员，应该掌握一定的恐龙骨骼学的知识，至少能辩认外露的骨头是恐龙躯体中哪一部分的骨骼，如 [[ 头骨 ]] 、脊椎骨、 [[ 四肢骨 ]] 等。

（2）化学处理法。在发掘时，为了使糟杇的化石硬化，常常滴入硝酸纤维漆液，把化石周围的泥土凝固于化石的表面，如有这种情况，在修理前要滴入 [[ 稀料 ]] （即香蕉水），以使其溶解。如果化石已经出现裂缝，当裂宽度不超过1毫米时，可直接滴入固化胶；当裂口很大时，则要在裂口处加填充物，并清洗断裂口，然后再使用固化胶或粘接剂。一般使用的固化胶为 [[ 硝基清漆 ]] ，可用丙酮作为稀释剂。市面上常见的快干胶（俗称505，即氰基丙烯酸）和聚酯树酯也可作为粘接剂。为了把化石从围岩中完整地取出，20世纪初国际上已开始使用酸处理法。最常用的是乙酸（醋酸）。化石围岩的主要成分是 [[ 碳酸钙 ]] ，而恐龙骨骼化石的成分是磷酸钙，乙酸能溶解围岩，却不能溶解恐龙骨骼化石，这样就将骨骼从围岩中分离了出来。骨骼化石分离出来后应立刻取出，用清水冲洗和浸泡，其时间至少要与乙酸浸泡的时间相同，以便尽可能地除出酸性物质。清洗后，可将化石放在600C的烘箱内烘干。

早在数千年前，人类就已发现恐龙的化石，但当时并不晓得这些石头的真实面目。古代中国人将恐龙化石认为是中国神话中的龙骨头，可当作中医的药材。例如在 [[ 东晋 ]] 时期成书的《华阳国志》中，作者常璩便记录到，四川武城曾经发现龙的骨头。在欧洲，恐龙化石则被认为是神话中的巨人遗骸，或是大洪水时期前的大型动物。居住于古代中亚地区的西徐安人，可能将当地发现的原角龙化石，描述成狮子身体、大型爪、以及鹰头，且守卫黄金的生物，成为狮鹫的形象来源。