A litificação converte sedimentos em rocha sólida e isso ocorre de duas formas:

Também designado diagénese, define o processo pelo qual os sedimentos não consolidados são transformados em rochas sedimentares consolidadas.

Uma das ações que afeta os sedimentos é a compactação. Nos sedimentos acumulados ao longo do tempo, o peso do material suprajacente comprime os sedimentos situados a maior profundidade. Os grãos são pressionados, juntando-se uns aos outros, havendo uma significativa redução dos espaços entre eles. Por exemplo, quando minerais de argila estão situados por baixo de centenas de metros de material, o volume dos minerais de argila, no seu conjunto, pode ser reduzido em mais de 40 por cento. Para as argilas e outros sedimentos detríticos que são fracamente compressíveis, a compactação é mais significativa como processo de litificação, originando rochas sedimentares de grão fino, como os xistos argilosos.

A cimentação tem um importante significado na litificação, na medida em que os sedimentos são convertidos em rochas sedimentares consolidadas. Os materiais de cementação são arrastados em solução na água através dos espaços entre as partículas. O cimento, precipitando entre os grãos, preenche os espaços e liga as partículas. Os cimentos mais comuns são a calcite, a sílica e óxidos de ferro. A identificação do tipo de cimento é relativamente fácil. O cimento de carbonato de cálcio (calcite) faz efervescência com os ácidos. A sílica é um cimento muito duro, o que provoca grande dureza das rochas sedimentares (como se verifica, por exemplo, com o quartzito).

Quando o cimento é de cor laranja ou vermelha, tal significa que o óxido de ferro está presente.

Muitas rochas sedimentares são litificadas por compactação, cementação ou uma combinação dos dois processos. Algumas litificações são conseguidas devido à interposição de cristais. Este tipo de litificação está limitado a certas rochas sedimentares de origem química.