Sedimentatie is het proces waarbij materialen die door verschillende agentia (zwaartekracht, afvloeiing, gletsjers, wind) uit de verwering en verwering van gesteenten worden getransporteerd, worden afgezet of neerslaan en sedimenten worden.
De meest voorkomende vorm van sedimentatie doet zich voor wanneer puin (vaste brokstukken die van rotsen zijn verwijderd) dat door een waterstroom wordt meegevoerd, wordt afgezet op de bodem van een rivierbedding, op een uiterwaard, in een reservoir, in een kunstmatig kanaal, of in een kunstmatige voorziening die speciaal is aangelegd om zwevende stoffen af te scheiden. Elke waterloop, gekenmerkt door zijn debiet, waterstroming, snelheid en vorm van de dwarsdoorsnede, heeft een capaciteit om zwevende vaste stoffen (alsook moleculen in oplossing) mee te voeren. Een verandering in een van deze kenmerken van de stroming kan ertoe leiden dat het getransporteerde materiaal wordt afgezet of neerslaat; of, omgekeerd, dat het materiaal op de bodem of aan de randen van het kanaal wordt geërodeerd.
Omdat de meeste sedimentatieprocessen onder invloed van de zwaartekracht plaatsvinden, hebben hoger gelegen gebieden van de lithosfeer van de aarde de neiging overwegend onderhevig te zijn aan erosieverschijnselen, terwijl lager gelegen gebieden overwegend onderhevig zijn aan sedimentatie. Depressies in de lithosfeer waarin sedimenten zich ophopen worden sedimentaire bekkens genoemd.