Диагенез – совокупность процессов преобразования первоначального осадка. Осадки, отлагающиеся на дне водных бассейнов, с течением времени изменяются, уплотняются и, цементируясь различными соединениями, переходят в состояние горных пород. Так, из известкового ила образуются известняки, из кварцевых песчинок – различные песчаники (в зависимости от характера цемента – известковистые, железистые и т.д.).
Одна часть изменений происходит до перехода до осадка в состояние осадочной породы (ранний диагенез), а другая – в уже сформированной осадочной породе (поздний диагенез).
В стадию раннего диагенеза происходит (по Л.В. Пустовалову): образование конкреций, перекристаллизация осадка, переход минералов из одной, менее устойчивой, модификации в другую, более устойчивую модификацию, извлечение растворимых солей и удаление малоуйсточивых минералов, обезвоживание осадка и его цементация. Так, марказит, барит, сидерит, флюорит почти всегда встречаются среди осадочных пород в виде явно кристаллических конкреций, возникших за счет местной концентрации и перекристаллизации соответствующего тонко рассеянного материала.
Часты переходы минералов в более устойчивые модификации: арагонита – в кальцит, опала – в халцедона – в кварц, марказита – в пирит. Вследствие взаимодействия между собой составных частей осадка и органического вещества из бурых окислов железа может образовываться сидерит, из гипса – сера.
В стадию позднего диагенеза (по терминологии Л.В. Пустовалова – эпигенеза) происходит дальнейшее взаимодействие составных частей породы (если оно не закончилось в стадию раннего диагенеза) и взаимодействие осадочной породы с новой окружающей средой, стремящееся к установлению физико-химического равновесия как внутри осадочной породы, так и между нею и окружающей ее средой. В эту стадию могут продолжаться многие процессы, начавшиеся в стадию раннего диагенеза, но возникшие осадочные образования могут также претерпевать изменения под влиянием окружающей среды. Это возникновение минеральных ассоциаций, более соответствующих характеру окружающей среды. Так, минералы, содержащие закисное железо, могут оказаться неустойчивыми в окислительной обстановке, где более устойчивы окислы железа. Наоборот, минералы, возникшие в окислительной обстановке (окислы железа, марганца и др.), при перемене ее на восстановительную, могут восстанавливаться до закисных соединений.
К стадии эпигенеза относятся также те изменения, которые происходят в осадочных породах вследствие воздействия жидкостей и газов, циркулирующих в них. В большинстве случаев деятельность вод сводится к местному, внутрипластовому перемещению составных частей осадка, к облегчению перекристаллизации породы и иногда к выносу за пределы тех или иных ее компонентов. Быстро циркулирующие в породах растворы производят лишь растворяющее действие, не вступая в химическое взаимодействие с породами: это формирование каверн, подземных русел и другие явления.
Перераспределение в процессе диагенеза вещества внутри осадка может привести к концентрации его в отдельных пластах, создать промышленно ценные накопления полезных ископаемых. Так образуются осадочные сидеритовые руды, скопления желваков сидеритов, самородной серы и др. с процессами диагенеза связано также образование каменных углей и нефти из органического вещества.