Onder microfossielen worden hele kleine fossielen verstaan. Arbitrair is deze grens op maximaal 4 millimeter gesteld, maar in de praktijk zijn vele microfossielen natuurlijk nog kleiner, zelfs kleiner dan 1 millimeter. Om microfossielen te bestuderen worden dan ook optische hulpmiddelen gebruikt, zoals een microscoop of voor de erg kleine exemplaren zelfs een elektronenmicroscoop.

Verschillende microfossielen hebben skeletjes opgebouwd uit bijvoorbeeld kalk, silicium, fosfaat of organisch materiaal. Afhankelijk van het gesteente kunnen één of meerdere van deze groepen in het gesteente aanwezig zijn.

Microfossielen komen over het algemeen in grote hoeveelheden in kleine sedimentmonsters voor. Dat maakt ze ideaal voor onderzoek naar de stratigrafie. Voorbeelden van veel voorkomende microfossielen zijn coccolieten, foraminiferen (grootforaminiferen kunnen wel enkele centimeters groot worden en zijn dus geen microfossiel), dinoflagellaten, ostracoden, conodonten, visresten, sponsnaalden, radiolariën, diatomeeën, pollen en sporen van schimmels.