Mikrofossiler omfatter ørsmå rester etter planter, dyr og bakterier. De fleste stammer fra små encellete planter eller dyr, og tilhører grupper av planktoniske organismer som levde i havet. Fragmenter av større organismer kan også være viktige mikrofossiler.
Mikrofossiler finnes i de fleste avsetningetyper, og selv i små sedimentprøver kan de opptre i enorme mengder. Mange steder finner vi tykke sedimentlag som nesten bare består av skallmateriale fra mikrooroganismer, f.eks. krittavsetningene i Danmark (Coccolitter og foraminiferer) og diatome-slamlagene, som idag dekker hundrevis av kvadrat-km. havbunn.
Ledefossiler er fossiler som kan brukes til å bestemme den relative alderen på en avsetning. Gode ledefossiler er slike som har stor regional utbredelse og kort velavgrenset utbredelse gjennom tid (d.v.s. de er karakteristiske for kun et lite bestemt tidsrom av jordhistorien). Innenfor oljeindustrien brukes mikrofossiler som ledefossiler. Ved boring etter olje får man opp bare små mengder prøvemateriale og ofte inneholder det ikke identifiserbare makrofossiler. Her er mikrofossilene spesielt nyttige, og behovet for kunnskaper om mikriofossiler innenfor oljeindustrien har derfor i vesentlig grad bidratt til at faget mikropaleontologi har vært i voldsom vekst de siste tiår. Ved siden av aldersdatering av avsetningene kan mikrofossilene også brukes til å tolke avsetningemiljøet og til å korrelere (sammenligne) de geologisk prøvene fra flere områder.
Av større betydning er det imidlertid at økt forskning på mikrofossiler har gitt ny og større innsikt i utviklingen av viktige plante- og dyregrupper som mikrofossilene representerer. Vi kan bedre forstå hvordan utviklingen av disse plante- og dyregruppene er knyttet til vekslinger i miljøene som har funnet sted gjennom geologisk tid.
Foraminiferer
Foraminiferer er encellede dyr, de fleste 0,1 - 1 mm store. Vi finner dem fra kambrium til idag. De fleste har et spiralsnodd flerkamret skall av kalk eller sammenkittede sedimentpartikler, men det forekommer også mange arter med bare ett kammer. De fleste foroaminiferer lever i havet, og det finnes både bunnlevende (bentiske) former og arter som lever frittsvevende i vannmassene (planktoniske).
Planktoniske foraminiferer er viktige ledefossiler, spesielt i kenozoikum (jordens nytid). De hvite klippene ved Dover i England består hovedsakelig av skallrester fra foraminiferer, og i store områder er havbunnen idag dekket av slam fra planktoniske foraminiferer (s.k. Globigerina-slam).
Radiolarier
Radiolarier er encellede dyr som lever i havet. De fleste er 0,5 til flere mm store og har et fast skjelett av amorf kiselsyre (SiO2). De lever frittsvevende i vannmassene og noen arter er vanlige på større dyp (dypere enn 3500 m).
Radiolarieslam finnes idag i de dypere deler av Det Indiske hav og Stillehavet (4000 - 8000 m dyp). Radiolariene ser ut til å ha vært tilstede allerede mot slutten av prekambrium (jordens urtid), og de er også representert med mange arter idag.
Muslingkreps
Muslingkreps (ostrakoder) er små krepsdyr som minner litt om muslinger ved at de har et toklaffet skall som er hengslet sammen på ryggsiden. Skallet som er av kalk (event. + kitin) er vanligvis mellom 0,5 og 1,5 mm. Muslingkreps finnes fra kambrium til idag, og de lever både i ferskvann, brakkvann og i havet.
I geologisk sammenheng brukes muslingkreps som ledefossiler, men de viser også en del spesielle og interessante biologiske karaktertrekk. Hos noen arter muslingkreps som lever i ferskvann finnes det ikke hanner. Hunnene legger egg uten noen befruktning, og av eggene klekkes igjen bare hunner. Forhold med kjønnsdimorfisme (hanner og hunner er ulike av størrelse og utseende er også vanlig blant muslingkreps.
Conodonter
Conodonter er tannlignende skjelettelementer som består av kalsiumfosfat. Størrelsen varierer fra en brøkdel av en mm til over 4 mm. De kan finnes enkeltvis i sedimentene eller de kan opptre sammen i spesielle mønstre. Det at conodontene kan opptre i et bestemt tallforhold der høyre og venstre eksemplar er speilbilder av hverandre har ledet fram til teorien om at conoodontene var et slags tannapparat eller støtteapparat hos en til nå ukjent organisme. (Kanskje en slags fiskeliknende skapning ?) Conodontene er viktige ledefossiler, og den stratigrafiske utbredelsen strekker seg fra ordovicium til trias.
Diatomeene
Diatomeene eller kiselalgene er encellete alger med veggskall av kiselsyre. De eldste kjente diatomeene er fra jura, mens det idag finnes over 10 000 arter. Diatomeene lever i ferskvann, brakkvann og saltvann, og de er blant de viktigste primærprodusentene på jorden. Vi skiller gjerne mellom to hovedgrupper: 1) de pennate med stav- eller båtformet skall og 2) de sentriske med runde eller trekantformete skall. Diatomeene er gode ledefossiler og har stor stratigrafisk betydning, spesielt i kvartær der de også brukes til miljøtolkninger.
Silikoflagellatene
Silikoflagellatene er encellete marine alger med kiselskjelett. De er kjent fra kritt til idag.Silikoflagellatene finnes særlig i dyphavssedimenter, ofte sammen med diatomeer. De er imidlertid ikke så artsrike eller tallrike, og de spiller en underordnet rolle sammenlignet med disse.
Kalkflagellatene
Kalkflagellatene er encellete marine alger med en overflate dekket av mikroskopiske kalkplater (kokkolitter). De er små, oftest under 20 ym, men kan opptre i så store mengder at de er bergartsdannende (skrivekritt). Det er de små kalkplatene vi finner som fossiler, og de eldste er fra perm. Kokkolittene viser store variasjoner i utseende og er av stor stratigrafisk betydning. F.eks. tertiær er delt inn i 43 kokkolittsoner, hver med på ½ mill. år varighet.
Dinoflagellatene
Dinoflagellatene er encellete planktonalger som finnes i ferskvann, brakkvann og i havet. De er viktige primærprodusenter.
Noen dinoflagellater (ca 20 % av dem) produserer motstandsdyktige cyster (hvilesporer) av organisk materiale, og det er disse vi kan finne som fossiler. De eldste cystene vi kjenner er fra silur. Mange arter med stor geografisk spredning er bare kjent i korte intervaller innenfor de ulike tidsepokene. Disse er godt egnet til å definere biostratigrafiske soner og er gode ledefossiler.
Pollen og sporer
Pollen og sporer fra landplanter er også viktige mikrofossiler. De første sporeproduserende landplanter dukker opp i silur, mens de pollenproduserende plantene dominerer fra kritt til idag. Pollen og sporer består av motstandsdyktig organisk materiale (sporopollenin), og dette gjør at de lettere bevares som fossiler enn plantene de kommer fra.
Plantene har ulike toleransegrenser når det gjelder varme og kulde. Variasjoner i vegetasjonen som følge av klimaendringer kan derfor følges gjennom innholdet av ulike typer sporer og pollen i avsetningene. Sporer og pollen har stor biostratigrafisk betydning, og spesielt viktige er de for inndeling av kvartærtiden.