在四五億年前的寒武紀，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，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)是壓扁成了碳質薄膜，很像鉛筆在巖石層上書寫的痕跡，因此才被科學家叫做“筆石”。
筆石是奧陶紀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。筆石對于科學家來說是特別重要的，因為它們在一個較長的時期里是逐漸變化的。科學家能夠根據(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70cm或更長。1966年富卡爾特和熱尼奧的分析結果表明，筆石骨骼中不含幾丁質，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構有蛋白骨膠原的外表，很可能其物質成分為骨膠原。因此，筆石體的成分似乎是一個非幾丁質的有機物。
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造，科學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”。究其原因可能是因為當時的沉積環(huán)境海水較為平靜，海底還原作用強，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為當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歷程，在地層對比中有獨特的價值。
筆石在地史上的分布時期相當長，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，地質歷程比較長（從寒武紀到石炭紀都有），地層意義不大。正筆石式樹形筆石亞目，地理分布廣，地質歷程短，主要產于早奧陶世新廠期（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，后一個目見于歐洲奧陶紀及志留紀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，地質歷程短，限于奧陶紀、志留紀及早泥盆世；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；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廣泛，加之這類筆石進化迅速，地質歷程短，很多屬種成為重要的“標準化石”，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準，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志，這對恢復古地理、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濟價值。
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特而重要的作用。