Die ersten Weichtiere waren ausschließlich Meeresbewohner und besaßen keine Schalen. Erst zu Beginn der Erdfrühzeit, also vor 570 Millionen Jahren, traten die ersten Weichtiere mit Schalen oder Gehäusen auf. Diese kalkigen Außenskelette haben Weichtiere im Laufe der Evolution gebildet, um sich vor Räubern unter den Tieren zu schützen. Weiterhin dienen die Außenskelette der Stützung des empfindlichen Körpergewebes und in einigen Fällen dem Schutz vor mechanischer Zerstörung (z. B. durch Meeresbrandung).
Von den Weichtieren können hauptsächlich die Außenskelette durch die Fossilisation erhalten bleiben. Die fossil erhaltenen Schalen und Gehäuse zeigen Merkmalsunterschiede und können daher verschiedenen Arten zugeordnet werden. Indem man die Fossilien mit ähnlichen, heute lebenden Weichtierarten vergleicht, erhält man eine genauere Vorstellung von Aussehen, Lebens- und Ernährungsweise, Fortpflanzung etc. der ausgestorbenen Arten.
Im Folgenden werden die erhaltungsfähigen Merkmale einiger wichtigen Weichtiergruppen vorgestellt, wie sie an entsprechenden Fossilien beobachtet werden können. Aber auch z. B. als Strandgut gefundene Schalen oder Gehäuse von heute lebenden Weichtieren können auf die Merkmale untersucht werden.
Schnecken
Schnecken haben typischerweise
ein spiralig gewundenes Gehäuse, das kegelförmig zuläuft
und aus einer einzigen Kammer besteht. Ein Schneckengehäuse besitzt
mehrere rechtssinnige Windungen um eine zentrale Achse, die Spindel. Die
letzte Windung endet mit der Mündung, dem jüngsten Gehäuseteil.
Außen zeigen viele Schneckengehäuse eine Skulptur, eine Reliefmusterung,
die kennzeichnend für die Art sein kann. Das Schalenmaterial ist
stets Kalk. Da es Salzwasser-, Süßwasser- sowie Landschnecken
gibt, findet man deren Fossilien in den unterschiedlichsten Sedimentgesteinen,
also in Sand-, Ton- oder Kalkstein.
Muscheln
Muscheln sind normalerweise symmetrisch
aufgebaut. Sie besitzen eine linke und eine rechte Klappe (= Schale).
Die Klappen sind durch ein elastisches Scharnier aus einer erhaltungsfähigen
organischen Substanz an einer Stelle miteinander verbunden. Zum Schließen
der Klappen besitzen Muscheln einen oder zwei Schließmuskeln. An
den Innenseiten erhaltener Klappen sind deren Ansatzstellen als Flecken
erkennbar. Als wichtiges Unterscheidungsmerkmal besitzen viele Arten ein
Schloss, das sich im Bereich des Scharniers befindet und ein seitliches
Verschieben der Klappen verhindert. Das Schloss einer Muschel besteht
aus ineinandergreifenden zahnartigen Erhebungen und grubenartigen Vertiefungen.
Die Muschelklappen bestehen entweder aus Kalzit oder aus dem chemisch
instabileren Aragonit, dessen Formel ebenfalls 
ist.
Die Außenseiten der Klappen besitzen bei vielen Arten eine charakteristische
Skulptur.
Kopffüßer, Ammoniten
Zu der Gruppe der Kopffüßer
gehören die Tintenfische, die Kraken, die Belemniten sowie die
Ammoniten. Alle Kopffüßer
sind schwimmende Meeresbewohner, die sich nach dem Rückstoßprinzip
fortbewegen.
Unter den vorzeitlichen Kopffüßern stellen die Ammoniten im
engeren Sinne wegen ihres überlieferten Arten- und Formenreichtums
die wichtigste Gruppe. Sie kamen im mittleren Erdaltertum, dem Devon,
auf und sind zum Ende der Kreidezeit zusammen mit den Dinosauriern und
weiteren Organismengruppen ausgestorben. Für das Erdmittelalter stellen
sie viele Leitfossilien.
Ammoniten haben ein Gehäuse aus Aragonit, dessen hinterer Bereich
durch querstehende Wände, Septen,
in Kammern unterteilt ist. Die Septen sind randlich verfaltet und bildeten
auf der Gehäuseinnenwand formenreiche Anwachssäume. Auf Steinkernen
von Ammoniten zeichnen sich diese als artspezifische Lobenlinien
ab. Oft reicht ein kleines Bruchstück eines Steinkerns, um anhand
der Lobenlinie die Ammonitenart bestimmen zu können. Der jeweils
jüngste Gehäuseabschnitt, die nach außen offene Wohnkammer,
beherbergt den Weichkörper.
Die Gehäuseaußenwände der meisten Ammoniten besitzen eine Skulptur, bestehend aus Rippen bzw. Knoten. Die ist an Skulptursteinkernen von Ammoniten sehr gut zu erkennen.
Ein weiteres wichtiges Erkennungsmerkmal ist die Gehäuseform. Fast alle Ammonitengehäuse sind spiralförmig eingerollt, sie besitzen im Gegensatz zu den Schnecken keine asymmetrisch-kegelförmigen Gehäuse. Die einzelnen Windungen der Ammonitengehäuse können sich mehr oder weniger umgreifen. So kann man bei einigen Arten alle Windungen sehen, bei anderen nur die äußere Windung. Auch hier kommen sehr viele verschiedene Formen vor.
Entwicklungstendenzen der Weichtiere
Die Weichtiere haben sich allgemein von einfachen zu komplizierten Formen
entwickelt. In den Fossilienfunden spiegeln sich diese Tendenzen wider.
Man muss hierzu jedoch bedenken, dass es im Laufe der Erdgeschichte mehrere
Massenaussterben gab. Manchmal überlebten nur wenige Arten, aus denen
eine neue Formenvielfalt hervorging.
Die ersten Schnecken besaßen einfache napfförmige Gehäuse. Es folgten die schneckentypischen, spiraligen Kegelformen, wie sie auch bei heute lebenden (= rezenten) Arten verbreitet vorkommen. Bizarre und komplizierte Gehäuseformen gibt es erst seit der Kreidezeit, dem späten Erdmittelalter.
Bei den Muscheln sind die Entwicklungstendenzen nicht so deutlich anhand ihrer Klappen ablesbar. Dagegen zeigen die Kopffüßer in allen äußeren Merkmalen einen allgemeinen Trend zu komplizierteren Formen. So waren die Gehäuse der ersten Kopffüßer gestreckt. Erst später traten die aufgerollten Formen auf. In der Kreidezeit entrollten sich die Gehäuse einiger Arten sekundär. Ihre komplizierten Lobenlinien und die ausgefallenen Schalenskulpturen weisen sie jedoch als modernere Arten aus.
Es wird also deutlich, dass man manchmal mehrere Merkmale berücksichtigen muss, um die Fossilien richtig zuordnen zu können. Die unterschiedlichen fossilen Erhaltungsformen, wie Steinkern oder Abdruck, liefern dazu unterschiedliche Informationen.