Le processus de formation, appelé sédimentation, dépend étroitement des agents de transport et des conditions environnementales. Lorsque la vitesse du courant d'eau diminue, que le vent tombe ou que la glace fond, l'énergie de transport n'est plus suffisante pour maintenir les particules en suspension, ce qui provoque leur dépôt progressif. Ce dépôt s'effectue le plus souvent de manière différentielle selon la taille et la densité des grains, formant des couches successives appelées strates. Les sédiments sont ainsi classés selon leur granulométrie, allant des particules les plus fines comme l'argile et le limon, aux particules plus grossières comme le sable et les graviers. Au fil du temps géologique, ces dépôts meubles s'accumulent et s'enfouissent sous de nouvelles couches. Sous l'effet de la pression exercée par les sédiments sus-jacents et de l'augmentation de la température, ils subissent des transformations physico-chimiques connues sous le nom de diagenèse. Ce processus de compaction et de cimentation finit par transformer les sédiments meubles en roches sédimentaires solides et cohérentes, telles que le grès, le calcaire ou l'argilite.

Les sédiments constituent de véritables archives de l'histoire de la Terre. En analysant leur composition, leur texture, leur structure stratifiée et les fossiles qu'ils peuvent renfermer, les géologues sont en mesure de reconstituer les environnements de dépôt du passé (paléoenvironnements), d'identifier les climats anciens et de comprendre l'évolution du vivant et de la surface du globe au cours des ères géologiques. De plus, les sédiments jouent un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques actuels, agissant comme des puits de carbone et des filtres naturels, bien qu'ils puissent aussi accumuler des polluants dans les milieux aquatiques contemporains.