菊石化石是古生物學家研究的重要對象之一，具有以下特徵：
殼體形態。菊石化石的殼體通常呈半外卷狀態，兩側扁縮。在腹部中央有溝，殼表覆蓋著密密痲痲、微微彎曲的橫肋。這些橫肋從臍壁起向殼體前方斜伸，在腹部形成明顯的腹突。
殼體結構。菊石殼以碳酸鈣為主要成分，多數呈平旋狀。殼體在一個平面內旋卷，少數呈直殼、螺卷或其他不規則形狀。菊石動物在生長過程中周期性地由外套膜分泌出隔壁，隔壁與殼壁的接觸線稱為縫合線。
縫合線特徵。菊石化石的縫合線特徵在系統分類中具有特別重要的意義。縫合線可以分為外縫合線和內縫合線，基本要素包括葉和鞍，不同位置的葉和鞍分別稱為腹葉、背葉、側葉等。葉和鞍的形態決定了菊石的類型。
體管。菊石化石的體管可能起到聯繫軟體與殼體和調節浮力的作用，通常位於腹部邊緣，少數在背部或近中心位置。
化石產地。菊石化石主要產於淺海沉積的地層中，與許多海生生物化石共生。
地質年代。菊石亞綱是一群已經滅絕的海洋生物，生存於中奧陶世至晚白堊世。菊石化石非常適合作為標準化石，地質學家可以使用它們來確定含有菊石化石的地層的年代。
多樣性。菊石亞綱約在志留紀晚期至泥盆紀初期第一次出現在地球上，最後與恐龍一起於白堊紀晚期滅絕。菊石亞綱與現存的頭足綱關係最接近的可能是蛸亞綱，而不是鸚鵡螺亞綱的鸚鵡螺目。
化石大小。出土的菊石化石尺寸不一，最大的直徑可達42厘米，而最小的只有指甲那麼大。
觀賞價值。由於保存完好、外觀紋飾奇特，某些菊石化石也被視為珍貴的觀賞石。