서귀포층의 패류화석은 서귀포시 남서 해안 절벽에 있는 조개종류의 화석을 말한다. 이 절벽에는 퇴적암층이 드러나 있고 거친면이 현무암으로 덮여 있다. 이 화석층에서는 조개화석 위주의 동물화석이 많이 발견된다. 약 200∼300만년 전에 화석생물과 함께 쌓여 이루어진 것으로 추정되며, 그 후 100m 정도 솟아오른 곳이 물결로 인해 깎여서 절벽으로 변했다.

서귀포층에서 발견된 화석으로는 부족류, 달팽이·전복·우렁이와 같은 복족류, 굴족류, 완족류, 성게·해삼·불가사리 등의 극피동물, 산호화석, 고래와 물고기 뼈, 상어이빨 등의 화석이 있다. 미화석으로는 바다에 사는 단세포동물인 유공충이 있다. 위와 같은 조개화석은 현재에도 존재하는 것이지만, 대부분 근처 해안에서는 발견되지 않고 더 따뜻한 남쪽바다에서 발견된다. 이는 서귀포층이 쌓일 당시의 바다가 지금보다 따뜻했음을 말해준다.

서귀포층 패류화석은 서귀포층이 쌓일 당시의 환경과 이곳에서 살던 바다생물들의 모습을 알 수 있는 좋은 자료로서 학술적 가치가 높다.

제주도 남해안에 위치한 서귀포시의 남서 해안에는 높이 약 50m인 절벽이 있으며 절벽에는 두께 약 40m인 퇴적암층이 노출되어 있고 거친 면이 현무암으로 덮여 있다.

이 해안 절벽에 노출된 퇴적층은 1930년 하라구치(原口九萬)에 의하여 서귀포층으로 명명되었다. 서귀포층은 주로 회색 내지 회갈색을 띤 역질사암, 사암, 이암, 셰일로 되어 있으며 곳곳에 화석을 포함하나 특히 현저한 3매의 패류화석대가 협재되어 있다. 이 화석대에서는 조개화석을 주로 한 동물화석이 많이 산출된다.

이 절벽 아래에는 파도의 영향으로 장경(長經) 2.5m 미만의 암괴가 낙하하여 해안을 덮었는데 이들 암괴에서 패류화석이 많이 관찰되며 화석의 채취도 용이하다. 여기서 관찰되는 패류화석은 대체로 현생종이지만 그 대부분은 제주도 근해에서 발견되지 않고 더 따뜻한 남쪽 바다에서 발견된다.

서귀포층에서 발견된 화석으로는 부족류 31속 41종, 복족류 13속 14종, 굴족류 1속 4종, 완족류 6속 14종, 극피동물 수종(數種), 산호화석, 고래와 물고기 뼈, 상어이빨등 흔적화석이 있으며, 미화석으로는 유공충 49속 91종 등이 있다(김봉균, 1972). 이들 화석으로 지질시대는 신생대 제3기 말엽인 플라이오세로 추정되었는데 이들 중에서 가장 대표적인 것은 유공충 화석이며 Turborofalia humerosa, T. crassaformis, T. acostaensis, Pulleniatina obliquiloculina, Orbulina universa, Globigerinoides ruber ruber의 6종이다. 완족류로서는 6속 14종(김봉균, 1984)이 보고 되었는데, 속명을 들면 Hemithyris, Terebratalia, Coptothyris, Laqueus, Pictothyris, Kikaithyris이다. 부족류로는 조가비가 커서 주목되는 것으로 Patinopecten이 있고, 작지만 다수 발견되는 조가비로서는 Glycimeris가 있다. 이 밖에 중요한 부족류 속으로는 Pecten, Venericardia, Dosinia, Venus, Paphia, Corbula가 있고 복족류로는 Turritella, Siphonalia, Chrysodomus, Lepidthyra가 보고되어 있다(윤선 외). 흔적화석으로는 새우의 구멍으로 생각되는 Thalassinoides 속의 2종이 보고되었으며(김정률, 1991) 상당히 다산(多産)한다.

유공충 화석에 의하면 서귀포층의 퇴적 환경은 해양성의 따뜻한 바다였으며 한류의 영향을 거의 받지 않은 해역이었고 비교적 해류가 강한 공해였음이 분명하다. 지표에 노출되어 있는 서귀포층은 서귀포에 한정되며 서귀포층은 완만하게 북쪽으로 경사하여 해면 아래로 침강해 버린다. 다른 지역의 시추공에서 서귀포층이 발견되었다고 보고되어 있으나 정확하게 서귀포층에 대비될 것인지는 아직 불명하다.