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有时候人们会在不经意间发现恐龙化石，但更多的化石则是由古生物学家们在有计划的考察中发现的。这些考察活动常常需要持续数年，并在险恶的条件下深入展开。
到哪里寻找
化石只在沉积岩层中被发现，因此古生物学家们会在中生代沉积岩中搜寻恐龙化石。虽然恐龙只生活在陆地上，但它们的尸体往往会随着河流进入海洋，所以古生物学家们也会到曾经存在过中生代海洋的地区展开工作。
化石猎场
许多中生代的沉积岩已被深埋在地底。为了寻找恐龙化石，古生物学家们需要进入地表岩层已被河流或海洋破坏、暴露出中生代岩层的地区。中生代岩层也会在人们开采矿石或开凿岩石修建公路时暴露出来。
最佳场所
寻找恐龙化石的最佳场所是那些岩石被大范围持续侵蚀的地区。这些地区往往是偏远的沙漠或裸露的岩石地区，即人们所说的荒地。荒地大多是险峻、狭窄的山谷，同时也是不毛之地，这使得从岩石中露出的恐龙化石能被轻易发现。
隐蔽的化石
不幸的是，古生物学家们并不能探查所有的中生代沉积岩。一些中生代岩层被深埋在其他岩层、土壤、水，甚至建筑物底下。因而，有许多恐龙化石将被永远地埋藏。例如，悬崖中的化石，可能在被人们发现之前就被冲蚀掉了。有些地方则会因为战争、政治因素或恶劣的气候条件而无法到达。
偶然发现
有些惊人的发现是由农民和修路工人偶然间获得的。最近的一项重大发现来自阿根廷巴塔哥尼亚的一个农民。他偶然看到了从地面露出的动物残骸，事后残骸被古生物学家们证明是某条超长恐龙的颈骨。