U prožimajućoj mineralizaciji cijeli organizam, uključujući njegove unutarnje strukture i mikroskopske detalje, zamjenjuje se mineralnom tvari. Ova vrsta okamenjenja događa se kada voda bogata mineralima ili podzemna voda upada u ostatke organizma i postupno zamjenjuje organski materijal mineralima. Minerali mogu biti silicijev dioksid (kvarc), kalcit (kalcijev karbonat), pirit (željezni sulfid) ili drugi mineralni spojevi.
Prožimajuća mineralizacija rezultira stvaranjem čvrstih, kamenih replika izvornog organizma. Ove replike čuvaju oblik, oblik i zamršene detalje o organizmu, pružajući vrijedan uvid u drevni život i uvjete pod kojima se došlo do okamenjenja. Primjeri prožimajuće mineralizacije uključuju fosilizirane kosti, školjke, drvo i lišće.