Steno argumentou que a composição química dos fósseis poderia ser alterada sem alterar sua forma.
O trabalho de Steno sobre dentes de tubarão o levou à questão de como qualquer objeto sólido poderia ser encontrado dentro de outro objeto sólido, tal como uma rocha ou uma camada de rocha.
Os "sólidos dentro dos sólidos" que atraíram o interesse da Steno incluíam não apenas fósseis, como os definiríamos hoje, mas minerais, cristais, até mesmo camadas ou estratos rochosos inteiros.
Ele publicou seus estudos geológicos em 1669: De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus, ou discurso preliminar a uma dissertação sobre um corpo sólido naturalmente contido dentro de um sólido.
A Steno não foi a primeira a identificar os fósseis como sendo de organismos vivos. Seus contemporâneos Robert Hooke e John Ray também argumentaram que os fósseis eram os restos de organismos outrora vivos.
Steno escreveu sobre alguns dos princípios fundamentais da estratigrafia:
- Sobreposição: "...no momento em que um determinado estrato estava sendo formado, toda a matéria que repousava sobre ele era fluida e, portanto, no momento em que o estrato inferior estava sendo formado, nenhum dos estratos superiores existia";
- Horizontalidade: "Os estratos perpendiculares ao horizonte ou inclinados para o horizonte eram ao mesmo tempo paralelos ao horizonte";
- Continuidade lateral: "O material formando qualquer estrato era contínuo sobre a superfície da Terra, a menos que alguns outros corpos sólidos se interpusessem no caminho";
- Descontinuidades transversais: "Se um corpo ou descontinuidade atravessa um estrato, ele deve ter se formado após esse estrato".