Pārejas fosilijas ir pārejas dzīvības formu fosilijas, kas pārstāv evolūcijas tiltu starp divām atzītām grupām. Pārejas fosilijas ir viens no spēcīgākajiem pierādījumiem par labu Darvina evolūcijas un dabiskās atlases teorijai, taču tās nav pietiekami atzītas. Daudzi cilvēki uzskata, ka pārejas fosiliju ierakstā ir vairāk nepilnību, nekā patiesībā ir. Patiesībā ir zināmi simtiem svarīgu pārejas formu.
Viena no pirmajām acīmredzamajām pārejas fosilijām ir Pikaia gracilens, vienkāršots lancetveidīgs organisms, kas atrasts Bērdžesas slāneklī (pirms 505 miljoniem gadu), kā arī Flindersas grēdās Austrālijā (pirms 560 miljoniem gadu). Pikakija ir pārejas fosilija starp bezmugurkaulniekiem un mugurkaulniekiem (Chordata), kas attēlo primitīvu notohordu, mugurkaula priekšteci. Pikakija bija vidēji 1 cm gara un peldēja virs jūras dibena, kur, iespējams, ēda mikrofaunu un pārtikas daļiņas. Pikakija pārakmeņojas salīdzinoši slikti, līdz šim ir atrasti tikai 1 īpatņi.
Vēlāka pārejas fosilija ir daivu spurainā zivs Tiktaalik, proto-tetrapods, kas dzīvoja aptuveni pirms 375 miljoniem gadu vēlā devona periodā. Tiktaalik spurām ir redzami pamata plaukstas kauli un vienkārši pirksti, kas parāda, ka tās izturēja svaru un ka dzīvnieks vismaz ir iesaistījies ierobežotos izrāvienos uz sauszemes. Tiktaalik tiek uzskatīts par pārejas fosiliju starp zivīm un tetrapodiem. Tā kā tai piemīt abu raksturlielumi, Tiktaalik un līdzīgas fosilijas ir nodēvētas par “zivkājiem”.
Vēl viena pārejas fosilija, viena no slavenākajām, ir arheopterikss, pārejas periods starp putniem un dinozauriem. Arheopterikss dzīvoja pirms 155–150 miljoniem gadu vēlā juras perioda laikā. Pirmais pilnīgais skelets tika paziņots 1862. gadā, un suga kļuva par galveno pierādījumu, ko izmantoja, lai aizstāvētu evolūcijas teoriju tās sākuma stadijā. Arheopterikss var izaugt līdz 0.5 m (1.6 pēdas) garumā, un, neskatoties uz tā virspusējo līdzību ar putniem, patiesībā tam ir vairāk kopīga ar maziem maziem teropodiem dinozauriem.
Ir atrastas daudzas pārejas fosilijas starp cilvēkiem un mūsu tiešajiem senčiem, šimpanzēm. Tā kā šīs sugas dzīvoja salīdzinoši nesen, tikai dažu pēdējo miljonu gadu laikā, šīs fosilijas mēdz būt labāk saglabājušās nekā senākās. Homo habilis un Homo erectus ir divi izplatīti šādu pārejas fosiliju piemēri, un tie mums daudz pastāsta par hominīdu evolūciju.