Microfossielen zijn microscopisch kleine fossiele overblijfselen van organismen die tussen de 0,001 mm en 1 mm groot zijn. Ze kunnen geobserveerd worden met een lichtmicroscoop of een elektronenmicroscoop. Macrofossielen kunnen met het blote oog of met een vergrootglas bekeken worden.
Microfossielen kunnen complete organismen zijn zoals prokaryoten met als voorbeeld de cyanobacteriën. Het kunnen ook eencellige eukaryoten zijn zoals de foraminifera of delen daarvan zoals de kalkplaatjes of coccolieten van de coccolithoforen. Het kan ook gaan om delen van grotere dieren of planten zoals kleine tanden of sporen van schimmels en planten.
Microfossielen met een exoskelet zoals de coccolithoforen en de foraminifera, dragen als zodanig bij aan de sedimenten en kunnen kalkstenen rotsen vormen, zoals de krijtrotsen van Dover. Andere microfossielen, die geen exoskelet bezitten, kunnen ook een soort afzettingen vormen, zoals de stromatolieten. Deze bestaan uit biofilmen of bacteriële matten gevormd door cyanobacteriën. Behalve voor de micropaleontologie, zijn de microfossielen ook zeer belangrijk voor de biostratigrafie, waarbij gesteenten ten opzichte van elkaar gedateerd kunnen worden. Ze zijn ook van groot belang voor de bestudering van het paleoklimaat.