在四五億年前的寒武紀(jì)，地球海洋中出現(xiàn)了一群筆石動物。他們的軟體部分個頭不大，卻長出了長長的骨骼，形成了一根根筆石枝。到了兩三億年前的石炭紀(jì)，筆石動物絕滅了，但它的化石卻在穿越幾億年后成為了人類的好幫手。
筆石是筆石動物的化石，由于其保存狀態(tài)是壓扁成了碳質(zhì)薄膜，很像鉛筆在巖石層上書寫的痕跡，因此才被科學(xué)家叫做“筆石”。
筆石是奧陶紀(jì)最奇特的海洋動物類群，它們自早奧陶世開始即已興盛繁育，分布廣泛。筆石是一類微小的蠕蟲狀生物，它們像今天的珊瑚蟲一樣群體生活。整個筆石群體僅有5厘米長，它們漂流在海面上，吃浮游生物，和今天鯨類所吃的大量微小海洋生物是一樣的。筆石對于科學(xué)家來說是特別重要的，因?yàn)樗鼈冊谝粋€較長的時期里是逐漸變化的?？茖W(xué)家能夠根據(jù)共同發(fā)現(xiàn)的筆石的種類判定其他海洋生物化石的年齡。
筆石是對筆石綱化石的統(tǒng)稱，是一類已滅絕的海洋群體生物，通常隸屬于半索動物門筆石綱。筆石蟲體所分泌的骨骼，稱為筆石體。筆石體一般大小為幾厘米或幾十厘米，較大的可達(dá)70cm或更長。1966年富卡爾特和熱尼奧的分析結(jié)果表明，筆石骨骼中不含幾丁質(zhì)，但有甘氨酸、丙氨酸等多種氨基酸，這些氨基酸可能來源于硬蛋白，透射電鏡下所顯示的骨骼超微結(jié)構(gòu)有蛋白骨膠原的外表，很可能其物質(zhì)成分為骨膠原。因此，筆石體的成分似乎是一個非幾丁質(zhì)的有機(jī)物。
筆石一般被分成6個目：樹形筆石目、管筆石目、腔筆石目、甲殼筆石目、莖筆石目和正筆石目。其中最常見的和研究較詳細(xì)的是樹形筆石目和正筆石目。
根據(jù)化石保存的狀態(tài)、共生動物的類別以及筆石動物自身的骨骼構(gòu)造，科學(xué)家推測一部分筆石動物在海底營底棲固著生活，例如大部分的樹形筆石，它們有固定的莖、根等構(gòu)造；另一部分筆石動物營漂浮生活，例如正筆石，它們具有叫做“線管”的絲狀體，用來附著在漂浮體上。
筆石動物可以與腕足動物和三葉蟲等動物的化石共生。但是也有一些特定的環(huán)境里只有漂浮筆石而沒有其它生物或是僅有極少的浮游生物伴生。
筆石通常保存在黑色頁巖中，即一般所說的“筆石相頁巖”。究其原因可能是因?yàn)楫?dāng)時的沉積環(huán)境海水較為平靜，海底還原作用強(qiáng)，氧氣不足，含有較多的硫化氫，不適宜底棲生物生存，但是在這樣的環(huán)境里營漂浮生活的筆石可以在表層水體中生活，死后尸體沉入水底變成化石；另一種原因則可能是因?yàn)楫?dāng)筆石從正常的水體漂浮到這種不宜生存的水體中時，便大量死亡并沉入海底，而海底底棲動物稀少，沒有將這些筆石尸體“消滅”掉，它們就大量保存下來并變成了化石。除了頁巖之外，在細(xì)砂巖、粉砂巖或灰?guī)r中也能發(fā)現(xiàn)一些筆石化石。
筆石的地理分布很廣，演化快，同一物種可以在世界上許多洲發(fā)現(xiàn)。根據(jù)筆石演化的階段特征及特殊類型的地質(zhì)歷程，在地層對比中有獨(dú)特的價值。
筆石在地史上的分布時期相當(dāng)長，初見于中寒武世，至早石炭世后期絕滅。由于各類筆石的生活方式不同，其分布情況也不一樣。一般說來，樹形筆石亞目的地理分布比較零星，地區(qū)性色彩濃厚，地質(zhì)歷程比較長（從寒武紀(jì)到石炭紀(jì)都有），地層意義不大。正筆石式樹形筆石亞目，地理分布廣，地質(zhì)歷程短，主要產(chǎn)于早奧陶世新廠期（特馬豆克期），地層意義較大。腔筆石目、莖筆石目、甲殼筆石目和管筆石目發(fā)現(xiàn)的資料少，前三個目分布在歐洲奧陶紀(jì)，后一個目見于歐洲奧陶紀(jì)及志留紀(jì)和中國貴州的早奧陶世及四川的早志留世。正筆石目的地理分布最廣，地質(zhì)歷程短，限于奧陶紀(jì)、志留紀(jì)及早泥盆世；其中無軸亞目（除個別分子可上延至早志留世外）僅限于奧陶紀(jì)；隱軸亞目限于早奧陶世寧國期及中奧陶世胡樂期；有軸亞目從早奧陶世寧國期至早泥盆世均有存在。由于正筆石是營漂浮生活的，因此它的地理分布相當(dāng)廣泛，加之這類筆石進(jìn)化迅速，地質(zhì)歷程短，很多屬種成為重要的“標(biāo)準(zhǔn)化石”，對劃分和對比地層有重要意義。中國含筆石地層發(fā)育，筆石序列完整，從上寒武統(tǒng)到下泥盆統(tǒng)共建立了57個筆石帶。
依據(jù)不同時代筆石群的發(fā)育狀況，從奧陶紀(jì)到早泥盆世可劃分出 4個筆石動物群。早奧陶世早期為反稱筆石動物群，早奧陶世晚期為對筆石動物群。中晚奧陶世是叉筆石－雙筆石動物群。志留紀(jì)至早泥盆世為單筆石動物群，又可分為8個亞群，其中早泥盆世為新單筆石動物亞群。這些筆石動物群和筆石帶的建立，對含筆石地層的劃分與對比起了重要作用。目前世界各國對奧陶系、志留系及泥盆系的劃分雖然不盡一致，但筆石帶的順序則是基本一致的。這為洲際間奧陶系、志留系及下泥盆統(tǒng)的相互對比提供了標(biāo)準(zhǔn)，有了可靠的化石依據(jù)。管筆石目、腔筆石目、莖筆石目和甲殼筆石目地理分布狹窄，地層意義不大。
根據(jù)筆石動物群的性質(zhì)及其分布，全世界筆石動物群基本上有兩個類型，一是太平洋筆石動物群，在中國為華南型，二是大西洋（歐洲）筆石動物群，在中國為華中型。中國筆石種類繁多，所謂兩大動物區(qū)的特征分子，幾乎都在中國出現(xiàn)；同時，還有不少中國特有的分子，有不少在演化上的關(guān)鍵屬種在中國出現(xiàn)得最早。
在黑色頁巖中除筆石外，有時還見到少量營漂浮生活的無鉸綱腕足類和胡桃蝦，沒有底棲動物存在。這代表滯流海的還原環(huán)境，海底硫化氫含量高，而缺乏氧氣，底棲生物一般不能生存。因此黑色筆石頁巖成為指相標(biāo)志，這對恢復(fù)古地理、古環(huán)境具有重要作用。此外，在缺氧條件下的沉積物中，有機(jī)碳和某些金屬（如金、釩、鉬、鈾等的化合物）含量高，因此，研究黑色筆石頁巖具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。
筆石被作為判定地層年代的黃金卡尺，更在能源資源勘探中起著獨(dú)特而重要的作用。