Sedimentation er den proces, hvorved materialer, der transporteres af forskellige agenter (tyngdekraft, afstrømning, gletsjere eller vind) fra forvitring og forvitring af bjergarter, aflejres eller udfældes og bliver til sedimenter.
Den mest udbredte form for sedimentation opstår, når affald (fast affald fjernet fra sten), der transporteres af en vandstrøm, aflejres på bunden af et flodleje, på en flodslette, i et reservoir, i en kunstig kanal eller i en kunstig anordning, der er specielt konstrueret til at adskille suspenderet materiale. Ethvert vandløb, der er karakteriseret ved sin strømning, vandgennemstrømning, hastighed og tværsnitsform, har en kapacitet til at transportere suspenderet fast materiale (såvel som molekyler i opløsning). En ændring i en af disse egenskaber ved strømmen kan medføre, at det transporterede materiale aflejres eller udfældes, eller omvendt at materialet på bunden eller i kanten af kanalen eroderes.
Da de fleste sedimentationsprocesser sker under tyngdekraftens påvirkning, er højtliggende områder af Jordens lithosfære oftest udsat for erosionsfænomener, mens lavtliggende områder oftest er udsat for sedimentation. Fordybninger i lithosfæren, hvor der ophobes sedimenter, kaldes sedimentære bassiner.