퇴적암(sedimentary rock)은 대부분 기존의 암석들이 풍화나 침식작용을 받아서 생긴 잔류물들이 퇴적되어 생성됩니다. 그러므로 퇴적암의 형성과정은
1. 기존의 암석의 물리적, 또는 화학적 풍화
2. 흐르는 물, 바람, 방하 또는 중력 등에 의한 풍화 물질의 이동
3. 퇴적분지에서의 축적
4. 다짐(compaction)과 고결작용(cemenation)에 의한 견고한 퇴적암의 생성 등으로 구분할 수 있습니다.
풍화물질의 이동과 퇴적과정 중에는 작용하는 물리적 에너지의 크기에 따라 크기나 무게가 비슷한 퇴적물들끼리 나누어지는 물리적 분급작용과 물에 녹기 쉬운 물질들을 용해하여 제거되는 화학적 분급작용이 일어납니다.
아주 미세한 입자들은 물리적 에너지가 아주 작은 높이나 석호(潟湖)에 이르러 퇴적됩니다. 이 과정 중에 물에 녹기 쉬운 탄산칼슘은 모래나 점토보다 더욱 먼 곳에 이르러 퇴적됩니다. 이러한 과정을 "분급 퇴적(sedimentarty differentiation)"이라고 합니다.
퇴적작용이 일어난 후에 퇴적물이 받는 여러 가지 변화들을 총칭하여 속성작용(diagenesis), 또는 석화작용(lithification)이라고 합니다. 이러한 속성작용은 크게 다짐, 압밀작용, 고결작용, 그리고 재결정작용 등으로 구분됩니다.
초기의 퇴적물에는 일반적으로 입자들 사이에 많은 간극이 있으며 이러한 간극들은 물로 채워져 있는 것이 보통입니다. 그러나 퇴적작용이 진행되면서 상부 퇴적물의 무게에 의한 압력이 가해지면 간극으로부터 물이 빠져나오는데 이를 "다짐작용"이라고 합니다.
가장 흔한 퇴적암 중의 하나인 셰일은 주로 이러한 다짐, 또는 "압밀작용"에따라서 형성됩니다. 퇴적물들 사이를 통과하는 물에 따라 기존 광물이 용해되거나, 이와는 반대로 물에 녹아 있던 성분들이 침전되는 과정 등이 일어나며, 입자들 사이에 새로운 광물이 침전되어 입자들을 결합해주는 것을 "고결작용"이라고 합니다.
석영질의 퇴적물이 주로 방해석이나 점토광물 등의 고결물질(cements)들에 따라 결합되어 사암을 이루며 마지막으로 "재결정 작용"이란 물에 용해되어 이동된 이온들의 재결합으로 새로운 광물결정이 만들어지고, 이를 통해 암석이 형성되는 경우를 말하며, 해저에서 형성되는 석회암이나 석고, 암염 등이 대표적입니다.
원래의 퇴적물은 근원암의 종류에 따라 매우 불규칙적이며 복잡한 구성성분을 갖습니다. 그러나 분급 퇴적에 의하여 점차적으로 퇴적물들은 크기나 형태, 또는 성분이 유사한 광물들로 구성되어 있으며, 석영, 방해석, 점토광물, 그리고 기존 암석의 쇄설물 등이 대부분을 차지하고 있습니다.
"석영"은 퇴적암에 가장 흔한 광물입니다. 이것은 석영이 지각을 구성하는 광물들 중에서 가장 많은 양을 차지하고 있으며, 기계적·화학적 풍화 등에 대한 저항성이 크며, 또한 화학적으로도 매우 안정하기 때문입니다. 풍화와 퇴적과정에서 저항성이 낮은 광물들은 분리, 또는 분해되어 없어지고 저항성이 큰 석영의 입자들만이 남아서 모래 언덕을 이룹니다. 화성암의 풍화과정에서 생성된 실리카는 흔히 퇴적암의 형성과정에서 고결물질의 역할을 합니다.
"방해석"은 석회암의 주된 성분으로 사암이나 셰일이 형성될 때 고결물질로도 작용합니다. 방해석의 성분 중 칼슘은 Ca-사장석이 풍부한 화성암에서, 그리고 탄산염은 물이나 이산화탄소 등에서 연유합니다. 칼슘은 방해석으로 침전되거나 유기적 작용에 따라 바닷물에서 추출되어 조개껍질 등을 이룹니다. 조개껍질의 부스러기들은 흔히 쇄설물로 퇴적되어 여러 종류의 석회암을 형성합니다.
"점토광물"은 규산염광물, 특히 장석류의 풍화를 통해 생성됩니다. 점토광물은 입자의 크기가 극히 작으며 이암이나 셰일을 형성합니다. 장석류는 지표상에 풍부하게 존재하고 또한 풍화에 따라 쉽게 분해되므로 결국 퇴적암에는 이러한 점토광물이 다량으로 존재합니다.
"암석 쇄설물(rock fragments)"는 구성광물들이 아직 분리되지 않은 암석 쇄설물은 입자가 큰 쇄설성 퇴적암의 주요 성분입니다. 암석 쇄설물은 자갈이 퇴적되어 이루는 역암(conglomerate)에서 주로 볼 수 있으나, 일부 사암의 경우에는 현무암이나 점판암(slate), 기타 세립질 암석의 쇄설물로 이루어지기도 합니다.
이밖에 석영이나 방해석, 점토광물들은 전체 퇴적암의 대부분을 구성하고 있지만 이 밖에도 여러 가지 광물들이 퇴적암에 존재합니다. 석회암 중의 방해석이 백운석(dolomite)에 따라 치환되어 백운암(dolostone)이 되고, 화학적 풍화가 덜 진행된 경우에는 장석류나 운모 등이 남아 있게 됩니다. 암염(halite)이나 석고(gypsum)는 바닷물이 증발할 때 침전되며 때로는 매우 두꺼운 층을 형성하기도 합니다.