在地下水以及热液作用下，物质被溶解以及与矿物质进行交换的过程。在石化木的形成过程中，树木上的孔洞都充填着硅，而木头中的木质纤维则被硅石所置换。这一过程进行得很细致，因此每一个细小的特征都被完整地保存了下来。在著名的国立黄石公园的石化林以及亚利桑那州的国立石化林公园之中，树皮、年轮、细胞以及其它构造都经受了置换作用并保留了下来。在加利福尼亚州耶莫（Yermo）附近的米奥塞纳（Miocene）湖沉积物中蜘蛛及其各种昆虫的壳多糖结构经交替作用后，形象逼真，其肌肉、心脏、消化道以及它一些身体结构依然清晰可辨。除硅石以外，方解石、白云石以及黄铁矿一类的矿物也可充作代换物。锌铅以及铜等矿体，是在由岩浆产生的热液用这些矿物和灰岩及其它岩石进行交代作用形成的。