Az aprózódás majd szállítódás után a törmelékanyag lerakódik. Minden ezt követő átalakulás (kivéve a külső hatásokra bekövetkező, ún. epigén elváltozásokat és a metamorfózist) a diagenezis fogalomkörébe tartozik. Része tehát a kőzettéválás (litifikáció) is. (Azaz a diagenezis és a kőzettéválás közé nem tehetünk egyenlőségjelet. Például a nyomási visszaoldódás /sztilolitképződés/ olyan diagenetikus folyamat, amely a kőzettéválás után játszódik le.)

A lerakódott üledékes kőzetek szemcsékből, alapanyagból (mátrix) és a szemcsék között lévő pórustérből állnak. A pórustér nagysága, alakja stb. függ a lerakódás módjától, a szemcsék méretétől és osztályozottságától. A betemetődés során a laza (konszolidálatlan) üledék tömörödni kezd a rétegterhelés hatására, amelyet az adott réteg fölé települő üledékek súlya fejt ki. A kompakció során a pórustér és ezáltal a leülepedett réteg vastagsága jelentősen csökken (57. ábra), amelynek mértéke eltérő a különböző szemcsenagyságú üledékek esetében. Az agyag pórustérfogata akár felére is lecsökkenhet a tömörödés során, míg a homok esetében ez az arány jóval kisebb. A kompakció folyamata viszonylag alacsony nyomás (P) és hőmérséklet (T) mellett zajlik. Az agyagok esetében ez a nyomás elegendő a kőzettéváláshoz (litifikáció), ám a homokos és kavicsos üledékeknél általában szükséges a cementáció is. A szemcsék ragasztóanyaga (cement) a pórustérben található fluidumból kivált karbonát, vagy a földpátok és egyéb szilikátásványok mállása során keletkezett kova (SiO₂), valamint vas-oxi-hidroxid (limonit, hematit) és különféle agyagásvány (klorit, glaukonit, kaolinit stb.) is lehet (58. ábra). A diagenezis során új ásványfázisok jelenhetnek meg, amelyeket elsősorban az üledékben lévő fázisok reakciója és a folyadék fázisban lévő kémiai alkotók kiválása határoz meg.

57. ábra. A kőzettéválás során zajló tömörödés és cementáció folyamata

58. ábra. Kőzettéválás cementációval. Balra: kavicsok kalcit kötőanyaggal, még nyitott pórusokkal (természetes nagyság); középen: kvarcszemcsék szintaxiális (kristálytani orientáció szerinti) továbbnövekedése kvarcitban (20x); jobbra kvarchomok hematit kötőanyaggal és homorú határú, zárt pórusokkal (20x)

A karbonátos üledékek kőzettéválása némileg különbözik a törmelékes üledékekétől. A karbonátok viszonylag gyors litifikációja során a szemcsék közötti oldás és kicsapódás, valamint a nyomási oldódás (sztilolitosodás) a meghatározó. A szemcsék közötti pórustér csökkenésével és kitöltődésével kezdődik a folyamat, amellyel részben párhuzamosan megindul a metastabil karbonátásványok oldódása és átalakulása (inverzió). A dolomitosodás a karbonátüledékek diagenezisének egyik speciális változata, amelynek során a kalcit vagy aragonit vázba magnézium épül be. A dolomitosodást kísérő átkristályosodás során az üledékek eredeti szerkezete részben vagy teljesen megsemmisül.

A nyomás és a hőmérséklet növekedésével a diagenezis metamorfózisba fordul, a két folyamat határa (a kőzetszerkezet erőteljes irányítottságának kialakulása mellett) a metamorf indexásványok megjelenéséhez köthető.

Az epigén átalakulás külső hatásra következik be, például, ha a kőzetet átjáró oldatok megváltoztatják az ásványos összetételt. Jellegzetes epigén ásványok utalnak ilyen hatásra.