能保存为木化石的植物都具有大量的木质部。被泥土、沙石等掩埋之后，在被压实的环境中有大量的地下水活动，这些水中又溶解有大量的无机盐。在植物细胞还未完全降解时，含无机盐的水会渗入植物体的细胞空腔中，并固定沉淀，随后经过成岩作用，植物体就能保存为木化石。
木化石是一种矿化的植物化石，它能够完整而清晰地保存木材的结构与形态，所以它既是科学研究的良好材料，也广泛用于装饰与观赏。
能保存为木化石的植物往往都非常粗壮，并且具有大量的木质部。这是因为木质部这种组织是由厚壁细胞构成的，较容易发生矿化作用。具有大量木质部组织的粗壮植物体被泥土、沙石等掩埋之后，在被压实的环境中可能有大量的地下水活动，这些水中又溶解有大量的、供应充足的无机盐（如硅、钙等）。由于木质部细胞具有大量可填充的空间，在植物细胞还未完全降解时，含无机盐的水会逐渐渗入植物体的细胞空腔中，并固定沉淀，随后经过成岩作用，植物体就能在漫长的地质历史中保存为木化石。
如果在木化石的形成过程中，原始的植物体因空气隔绝等条件，并未发生腐化降解，所形成的木化石就能够完整地“复制”出植物体的组织结构；如果在石化的过程中植物体发生降解，所形成的木化石中植物体的组织结构就无法保存，而只剩下了植物体的外部形态。
最常见的木化石是硅化木，这是含有硅质的水在植物细胞空腔中发生结晶作用或矿化作用，形成了晶质的二氧化硅或隐晶质的二氧化硅水合物。世界上著名的硅化木产地有多处，其中主要有美国的亚利桑那、非洲的马达加斯加岛、中国的辽宁和新疆等地。这些地方以出产大量保存精美的硅化木而闻名。
