ซากดึกดำบรรพ์ที่เก็บได้ควรนำมาเก็บรักษาไว้อย่างเป็นระบบ ตามขั้นตอนต่าง ๆ ดังนี้
ขั้นแรกให้ทำความสะอาดซากดึกดำบรรพ์นั้นด้วยการสกัดเนื้อหินที่ติดอยู่กับซากออกไป โดยใช้ค้อนและสิ่วหรืออาจใช้เครื่องมือกรอหินซึ่งมีลักษณะคล้ายกับเครื่องกรอฟันของทันตแพทย์ สำหรับสกัดซากดึกดำบรรพ์ที่เป็นกระดูกหรือเปลือกหอยที่ติดอยู่ในหิน ส่วนซากดึกดำบรรพ์ที่มีขนาดเล็กมากหรือที่อยู่ในหินปูนหรือหินเชิร์ตอาจใช้สารเคมีจำพวกกรดน้ำส้มเจือจางในการละลายหินออกจากซากดังกล่าว ซากดึกดำบรรพ์บางชนิดค่อนข้างเปราะแตกหักง่าย เช่น ฟันสัตว์หรือกระดูกไดโนเสาร์ควรใช้สารละลายพลาสติกหรือกาวทาเคลือบเสียก่อน หากซากแตกหักให้ใช้กาวอีพ็อกซีต่อเชื่อม เมื่อได้ทำความสะอาดและซ่อมแซมเสร็จเรียบร้อยแล้วให้จัดเก็บซากดึกดำบรรพ์นั้นใส่ไว้ในกล่องหรือถาดพลาสติก หากเป็นซากขนาดใหญ่ เช่น กระดูกไดโนเสาร์ ให้ใส่ถาดหรือวางไว้บนแผ่นไม้ แต่หากเป็นซากขนาดเล็กมากอาจใส่ไว้ในหลอดแคปซูลหรือเก็บโดยการตัดให้เป็นแผ่นหินบาง ๆ ก็ได้
ใช้วิธีการตั้งชื่อซึ่ง คาร์ล ลินเนียส (Carl Linnaeus) นักธรรมชาติวิทยาชาวสวีเดนได้กำหนดขึ้นโดยจัดอยู่ในไฟลัม ชั้น อันดับ วงศ์ สกุล และชนิด ตามลำดับ ทั้งนี้โดยการศึกษาเปรียบเทียบกับหนังสือหรือวารสารที่ได้ศึกษาตัวอย่างชนิดเดียวกันมาก่อนหรือศึกษาเปรียบเทียบกับตัวอย่างที่ได้ศึกษามาแล้วหรือจากตัวอย่างต้นแบบที่เก็บรักษาไว้ในพิพิธภัณฑ์
เมื่อเก็บซากดึกดำบรรพ์มาแล้วก็ควรใส่หมายเลขแต่ละชิ้นเพื่อให้อยู่ในระบบการจัดเก็บ นอกจากนี้ควรทำบัตรรายการแสดงรายละเอียด เช่น ชนิดของซากดึกดำบรรพ์ ชื่อผู้เก็บ วันเดือนปีที่เก็บ ข้อมูลทางภูมิศาสตร์และทางธรณีวิทยาของบริเวณที่เก็บ แผนผังแสดงตำแหน่งชิ้นส่วนซากดึกดำบรรพ์ ตลอดจนรายละเอียด เช่น ได้ใช้สารเคมีหรือเครื่องมือชนิดใดในการเตรียมการ การเก็บซากดึกดำบรรพ์โดยไม่มีข้อมูลจะทำให้ขาดคุณค่าทางด้านวิทยาศาสตร์
มีการจัดเก็บรวบรวมซากดึกดำบรรพ์โดยจำแนกตามชนิดหรือตามบริเวณที่เก็บมาได้ ห้องที่เก็บควรเป็นห้องที่มีความชื้นต่ำและต้องมีการควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ ตู้ที่จัดเก็บควรเป็นตู้ไม้เนื่องจากไม้มีการถ่ายเทความชื้นและอุณหภูมิได้ดีกว่าโลหะและถ้าเป็นซากดึกดำบรรพ์ต้นแบบให้แยกเก็บรักษาไว้ในห้องพิเศษโดยมีตู้เก็บที่ปลอดภัยจากการโจรกรรม