笔石相（graptolite facies）是以含有丰富笔石而很少底栖生物为特征的生物相。笔石相的岩性多为黑色页岩，故又称笔石页岩相。笔石相一般反映还原条件下的海湾环境。在中国奥陶纪和志留纪中，笔石相颇为常见。

生物相是指沉积环境的生物特征。地史中的环境是多样的，各种生物依其各自的生活方式适应不同的环境条件，造成明显的生态分异，构成不同的生物相。笔石相属于一种典型的生物相。地质历史中，笔石壳薄、纤细，多生活在上层相对静水的环境营漂浮生活，笔石死后落入较深水的滞留缺氧环境，与暗色泥页岩构成特殊的浮游相，即笔石页岩相。

具有笔石页岩相的岩石为黑色，粘土质，常见不清晰的水平层理，含丰富的笔石化石，偶见黄铁矿晶粒。笔石化石常因升馏作用而保存为碳质薄膜，在岩层上似象形文字。

在一些受阻隔的海盆或海湾环境里，由于水循环受限制，水流不畅而滞留，或者在较深海的环境中，由于底部缺氧而造成还原环境，底栖生物不能生存，但有浮游的笔石落入其中而被保存了下来。同时还原环境中的硫化氢与铁化合生成黄铁矿微粒，致使岩石的颜色变为黑色；水流不畅或水体较深，水能量低，水体平静，形成水平层理或纹层，沉积物也很细，故含笔石的黑色页岩代表深水或水流不畅环境下的缺氧还原沉积。

从笔石在地层上的分布看， 华北区的笔石仅有上寒武统及下奥陶统的属种，华中区有下奥陶统到中志留统的笔石， 南部边缘的三都地区曾发现中、上寒武统的笔石，可惜中寒武统的标本散失。华南区有下奥陶统到下石炭统的笔石， 泥盆纪及石炭纪笔石都是近年来发现的。西藏一滇西区有下奥陶统到中志留统的笔石，西北区有下奥陶统到下志留统的笔石，北方区也具有下奥陶统到下志留统的笔石。

中国寒武纪笔石不少，但研究得不够， 作过描述的不多。仅东北及贵州少数属种作过描述。

中国奥陶纪笔石动物群最为丰富，描述的属种也最多， 有许多特别突出之点：（1）新厂组的笔石全为正笔石式树形笔石及正笔石，没有任何其它树形笔石，说明是标准的笔石相页岩；（2）宁国期笔石突出的特点是两层下垂式对笔石在一个剖面( 四川长宁) 上出现，进一步解决了长期争论的欧美下垂对笔石的对比问题；（3）五峰期笔石的大量出现，是世界上上奥陶统笔石最丰富的。而且序列发育齐全，填补了全世界的笔石序列的空白。

中国志留纪笔石也是很丰富的，尤其是下志留统的笔石更多，因为中国志留系下统多笔石相，而且一般说来下志留统下部笔石相地层最为发育。向上，笔石相逐渐减少，为介壳相所代替。因此，中国中志留统的笔石相对减少，上志留统的笔石更少。

中国泥盆纪笔石是1966 年首先在西藏珠穆朗玛峰地区发现的，后来在云南、广西、四川西部相继发现。在目前世界所发现泥盆纪正笔石中我国泥盆纪笔石是比较丰富的。

中国石炭纪笔石于1975 年在海南岛首先发现，初误为奥陶纪笔石，后来发现植物化石，证明为石炭纪产物。仔细研究，共有5个种。这些石炭纪笔石的发现，对中国笔石动物群是重要的补充，这样，中国笔石序列基本完整了。