Es el conjunto de procesos que sufre un sedimento desde el momento de su deposición hasta el momento en que alcanza las condiciones del ambiente metamórfico o hasta que vuelven a ser expuestos a la meteorización. La diagénesis se produce en los primeros kilómetros de la corteza terrestre donde las condiciones de temperatura no sobrepasan los 200ºC y a presiones superficiales.

Son procesos que implican cambios de tipo físico, químico y biológico, y concluyen con la litificación del sedimento, es decir, su transformación a roca sedimentaria. Los procesos diagéneticos más frecuentes son cementación, compactación, disolución, reemplazamiento, y neoformación. La naturaleza de los materiales ejerce una importante influencia en el tipo de proceso diagenético diagenético a desarrollar. De esta forma, se puede generalizar que en materiales carbonatados, por ejemplo, son típicos procesos como la disolución y el reemplazamiento; sin embargo en materiales detríticos son más frecuentes materiales procesos como la compactación o la cementación.