En archéologie et en paléontologie, la fouille est l'acte de rechercher des vestiges enfouis, qu'il s'agisse de constructions, d’objets ou de traces de l’activité humaine passée, et de procéder à leur mise au jour par enlèvement des matériaux et sédiments qui les recouvrent.
Une technique précise doit être employée afin de tirer toutes les informations possibles des sols et structures fouillés. Une attention toute particulière est portée à la localisation exacte des objets découverts, à l'étude de la succession des différentes couches de terrain déblayés afin de pouvoir procéder à une étude stratigraphique.
En France, on distingue deux catégories de fouilles archéologiques :
la fouille de sauvetage ou fouille préventive,
la fouille programmée.
La fouille, notamment préhistorique, se caractérise par une fouille dite « planimétrique ». Le fouilleur « décape » le carré fouillé (l'unité admise étant généralement le mètre carré), avec précaution, en faisant affleurer les vestiges découverts. Les outils sont variés : truelle, pinceau, scalpel, balayette. L'espace de fouille doit être protégé de toute pollution : bâche (pluie), fouille pieds-nus.
Au cours de la seconde moitié du , les archéologues ont systématisé les méthodes de fouille et de relevé. Parmi les principales propositions figurent celles de chercheurs tels que les Britanniques Mortimer Wheeler et Edward Harris ou les Français Georges Laplace et André Leroi-Gourhan. Désormais, la fouille s'accompagne d'un ensemble de relevés (plan du carré fouillé, dessin sur papier millimétré, photos, relevés d'altitude, etc.). L'ensemble de la documentation des carrés de fouilles, complétés par les analyses palynologiques/zoologiques, permettront de percevoir les espaces d'occupation (zones de travail, de circulation, de rejet...), et de saisir la fonction du site (habitat, halte de pêche/chasse, zone de travail (ateliers), approvisionnement de matières premières, etc.).
Une fois la fouille terminée, l'ensemble des éléments et conclusions sont en principe publiés dans un rapport de fouille.