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。

恐龙化石的发现是研究恐龙最关键的一步。化石大多保存在沉积岩中，并且化石的出露也是有一定规律的。所以在寻找化石时，需要先对各种沉积岩以及它们的地质年代有所了解。新技术的采用在发现恐龙化石方面也可以助一臂之力。

对恐龙的研究基本上都是基于已经发现的化石。

如今，古生物学家已经能够通过先进仪器不用破坏化石就可以看到其内部，而且也可以看到过去不可能检视的内部细微构造。这可以让人们了解恐龙的生活方式、食物、成长和行动方式等，并且得知恐龙的进化谱系。

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