Ensemble des processus qui touche un dépôt sédimentaire meuble et le transforme progressivement en roche sédimentaire solide.
En surface, la diagenèse commence avec l'activité d'organismes présents dans et sur le sédiment. En profondeur, le sédiment se compacte sous l'effet de son propre poids et de la pression qu'exercent les dépôts situés au-dessus, il perd alors de l'eau et sa densité augmente. Avec l'enfouissement, la température augmente, ce qui favorise les réactions chimiques, responsables entre autre de la future cohésion de la roche.
Au-delà de certaines conditions de pression et de température, les roches sédimentaires entrent dans le domaine du métamorphisme.