化石森林是在火山作用下形成的。正在河谷中生长的古代森林，突然受火山爆发的侵袭，枝叶被烧焦，树干因强大的根系钉在地下而挺立着。火山灰掩埋了森林，可溶性矿物质渗入树体，排挤掉纤维质，最终取而代之，将整棵树都变成化石。地下树木在缓慢石化过程中，地面火山灰废墟上又会长出新的树林。新森林又像前辈一样被火山爆发所吞没。历史一再重演，化石森林一层叠一层地形成了。在美国、希腊、中国等都有化石森林。

美国黄石公园，有一片世界最大的化石森林。那一棵棵石质树木，挺立在岩石上，如同一支接受检阅的部队。在100平方公里范围内，成片的化石森林就有27群。更为奇怪的是，往下发掘，还有化石森林，挖了一层又见一层，迄今已发掘出12层；愈是下层，树种愈加古老。一些枝叶和毯球果仍保持着原状，现已鉴别出100多个种属，其中有赤杉、槭、橡树等。　在美国国立化石森林公园里，漫山遍野散落着五彩斑斓的化石圆木、最大的一段长达30米，横卧在小沟上面，仿如桥梁，因此被称为“玛瑙桥”。它的外形与树干无异，但闪现着耀眼的玛瑙光泽。大部分化石多是残破的树段，有的露出一截树桩，坚如铁石，击之铿锵有声。化石碎片落满沟谷，显露红、蓝、紫、绿诸般颜色，稍加雕琢即见光彩夺目，质量不亚于宝石。

这片化石森林属于“浮木起源”，不同于黄石公园的“火山起源”。大约两亿年前，附近的沼泽平原长着无尽的原始森林，大树高达60米，暴风雨摧毁了森林，树木被洪水冲到现址，厚厚的泥沙和火山灰将树木掩埋了，可溶性的矽土渗入树木，侵夺纤维细胞的位置，有的结成透明的石英晶体（水晶），有的与特殊矿物混合而成为玛瑙、碧玉、紫晶。

19世纪末，一位法国地质学家登上面积1630平方公里的希腊莱斯沃斯岛考察，发现岛的西北部到处是凝固的熔岩流和火山灰墩，地面躺着许多红、黑、黄褐色的石化树干，好像烧焦了的木段，有的树桩傲然挺立，又好像给雷电打断了躯体。

大约距今200万年到2000万年间，这里炎热湿润，一座熄灭的大火山雄踞在本岛西北部，山坡长满茂密的棕榈林和松树林。树林未及起火即遭掩埋，覆盖层厚达100米。此后岁月悠悠，雨水渗入岩屑，溶解的矽土侵入树木，终于变成石化林。

北京延庆下德龙湾，是中国化石森林保存完整的地区之一。在古老的北山上，“森林”延伸2000多米，一根根树桩露出地面，一般出土1米左右，最大直径2.5米，小的有60厘米。树桩年轮清晰，表面呈褐黄色或灰白色，大部分埋在灰色页岩和黄绿色砂岩中，分布相当集中。树木的石质由石英、蛋白石、玉髓等组成，异常坚硬；连凹凸不平、厚约1厘米的树皮也完整的石化，保留了本来面目。切片观察，木质细胞历历在目，属于松柏、苏铁、银杏之类裸子植物。成因属于“火山起源”型。大约1.5亿年前，北京地区属于北亚热带气候，森林繁茂，时值强烈的燕山运动时期，地壳运动强烈，火山大爆发，森林被埋地下，在绝氧的条件下，矽侵入植物体而成了石质木头。

成片的化石森林罕见，孤立的化石树木（又称硅化木）易得。后者大多出现在温泉地带，树木遗体埋于地下，遭到温泉水的淋洗，水中矿物质渗入植物细胞，不断积累，最终全木都变成石头。

1983年在四川省自贡市掘得一根特大硅化木，长10米多，三个侧枝保存完整，各长20厘米至50厘米，埋于距今1.5亿年的砂岩层中。1985年，地质队在江西省玉山县下镇乡螺丝壳山勘探，无意间得到一根最大的硅化木，主干长28米，大头直径110厘米，小头直径90厘米，总重60吨，树形完整，粗细均匀，表面呈灰褐色和灰黑色。断面年轮和树皮皱褶清晰，同现代树木无异。鉴定属于1.75亿年到1.8亿年前中生代侏罗纪的树木。