Una de las principales maneras de datar una roca de forma relativa es mediante fósiles.

Los fósiles son los restos o señales de la actividad biológica de organismos antiguos.​ Los fósiles existen en rocas que se formaron a la vez que ellos, por lo que si sabemos cuándo vivió un organismo en el pasado podemos datar también las rocas en las que existen restos del mismo.

No todos los fósiles son igual de útiles para datar una roca. Existen especies que no han cambiado desde su aparición en la Tierra, por lo que un fósil de dicha especie no sirve para datar una roca. Por contra, también han existido especies que han habitado la Tierra durante muy poco tiempo, por lo que sus fósiles estarán presentes en estratos de una edad muy concreta y sí que servirán para datar una roca. Si además esta especie se encontraba bien distribuida a lo largo del globo, constituirá una auténtica «etiqueta» del estrato donde se encuentre. Son los fósiles guía o fósiles característicos.

Se llama fósiles guía a aquellos fósiles que cumplen las siguientes características:

• Fácil identificación: deben ser identificables de un vistazo, sin necesidad de hacer estudios complejos de los mismos.
• Tener distribuciones geográficas extensas: deben haber existido en todo el mundo para, de esta forma, permitirnos datar rocas en cualquier parte.
• Ser abundantes: deben ser organismos que fueran muy abundantes para que sus fósiles también lo sean.
• No depender de las facies sedimentarias: deben poder formarse en cualquier tipo de roca, no solamente en una.
• Experimentar una evolución rápida: deben cambiar su aspecto más rápido que otros organismos, para que al encontrarlos podamos asignarles un rango de edades corto.
• Permanecer durante cortos períodos: deben ser organismos que no hayan existido durante muchos periodos de tiempo, para poder así asignar a la roca que lo contenga un rango de edades corto.

Algunos de los fósiles guía más conocidos son los trilobites del Paleozoico o los ammonites del Mesozoico: