La preservación de los fósiles de braquiópodos es excepcionalmente buena gracias a su concha bivalva mineralizada (principalmente calcita en articulados, fosfato-quitina en inarticulados), que resiste la disolución y la compactación mejor que muchos otros invertebrados. Los procesos principales incluyen el moldeado: cuando la concha se disuelve tras el enterramiento, deja una impresión externa o interna en el sedimento; si este molde se rellena con material sedimentario o mineral, se forma un cast tridimensional que replica la forma original. Este es común en braquiópodos calcáreos expuestos a aguas ácidas o subsuelo diagenético.

La permineralización ocurre cuando fluidos ricos en minerales (sílice, calcita, pirita o fosfato) infiltran los poros y espacios intracelulares de la concha sin alterar la estructura original, preservando detalles finos como capas prismáticas o punctae. Es frecuente en braquiópodos fósiles, especialmente en huesos o madera, pero también en conchas porosas. Otros procesos incluyen reemplazo (sustitución molecular, e.g., por sílice o pirita, dando fósiles dorados "pyritizados") y recristalización (cambio de aragonito inestable a calcita estable).

Factores que afectan la preservación incluyen: enterramiento rápido en sedimentos finos (lutitas o carbonatos) para evitar descomposición y dispersión; condiciones anóxicas o disaérobicas que reducen la actividad bacteriana y la depredación; pH y química del agua intersticial (ambientes alcalinos favorecen la calcita, ácidos disuelven conchas); energía hidrodinámica (baja energía minimiza fragmentación); y diagenésis temprana (precipitación rápida de minerales protectores). En lagerstätten como Burgess Shale, la preservación excepcional incluye impresiones de tejidos blandos gracias a condiciones de anoxia y enterramiento en lodo turbidítico.

En general, los braquiópodos son fósiles resistentes, abundantes en rocas marinas someras, pero su preservación óptima depende de la interacción entre factores tafonómicos bióticos (descomposición, bioerosión) y abióticos (sedimentación, geoquímica).