本罪所侵害的客体是国家有关文物的保护制度。对象为古人类化石和古脊椎动物化石。所谓古人类化石、古脊椎动物化石，是指古代人类、古代脊椎动物的遗体、遗物或者遗迹埋藏地下因年代久远而变成的跟石头一样的物品。古人类化石、古脊椎动物化石，对研究古人类、古生物的起源和进化，古人类、古生物生存环境的变迁和演变，以及人类文明发展和进步的历史，地层年代的确定等具有重要的科学研究价值。其数量极其有限，根据我国文物保护法规定，应视为文物加以保护。至于脊椎动物，则是指有脊椎骨的动物，属于脊索动物的一个亚门。此类动物体形左右一般对称，具有头、躯干、尾3个部分，其中躯干部分又被横膈膜分成胸部及腹部，有比较完善的感觉器官、运动器官和高度分化的神经系统，包括鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物5大类。
本罪在客观方面表现为盗掘古人类化石、古脊椎动物化石的行为。所谓盗掘，是指违反文物保护法规，不经主管部门批准，非法私自挖掘。其具体的行为方式可多种多样，有的表现为秘密的，有的则是明火执仗地公开进行掘取;有的是单个人进行，有的则是共同掘取;等等。至于是否在盗掘中使得古人类化石、古脊椎动物化石受到严重破坏，则并不影响本罪成立，行为人在客观上只要实施了盗掘的行为，就可构成本罪。
本罪的主体为一般主体，即年满16周岁具有刑事责任能力的自然人。
本罪在主观方面必须出于故意，即明知是古人类化石或者古脊椎动物化石而仍决意盗掘。所谓明知道，既包括确知，即确实知道是古人类化石或者古脊椎动物化石，又包括可能知，即知道所盗掘的可能是古人类化石或古脊椎动物化石。至于行为人盗掘的目的，一股则是为了非法占有古人类化石、古脊椎动物化石。当然亦不能排除行为人还可以有其他目的、如为了侵占古人类化石或者古脊椎动物化石所在的土地，为毁损、破坏古人类化石、古脊椎动物化石等等。