По своей природе окаменелое дерево является биоморфозой - объектом, полученным в результате развития минералов по органическим остаткам. Это древесина древних деревьев, за миллионы лет замещённая минералами семейства кремнезёма (опалом, халцедоном или кварцем). В качестве второстепенных минералов могут присутствовать лимонит, гематит, пирит, оксиды марганца, а иногда даже целестин. Эти примеси влияют и на окраску. В процессе окаменевания может очень хорошо сохраняться структура дерева - например, годичные кольца или строение листьев. Иногда степень сохранности такова, что позволяет определить растение с точностью до вида.