沉積作用是指被運動介質搬運的物質到達適宜的場所後，由於條件發生改變而發生沉澱、堆積的過程。這個過程包括母岩的解離（提供沉積物質）、解離物質的搬運和在適當場所的沉積、堆積，以及經物理的、化學的和生物的（成岩的）變化，固結為堅硬岩石的作用。在狹義上，沉積作用指的是介質（如水）中懸浮狀物質的機械沉澱作用。在沉積學中，常使用比較狹義的概念，把沉積作用定義為沉積物質在地表溫度及大氣壓力下以成層方式進行堆積或形成的作用及過程，包括沉積物埋藏以前（即成岩作用開始以前）自風化、搬運以至堆積的全過程。
沉積作用可以分為幾種類型：
機械沉積作用：受重力支配，重的物質搬運距離近，先沉積；輕的物質搬運距離遠，後沉積。例如河流上游的石塊較大，而下游沉積物粒徑較小。
化學沉積作用：受化學反應的規律支配。在真溶液中，難溶物質先沉澱，易溶物質後沉澱。水中膠體質點的沉積是通過與電解質的中和作用，或正、負膠體之間的中和作用，或水的蒸發作用等進行的。
生物沉積作用：生物有機體的沉積堆積作用，如生物的鈣質骨骼通過堆積變成石灰岩，植物被埋藏後變成煤。
生物化學沉積作用：生物作用與化學作用共同作用而引起物質的沉積。
例如，地面流水的沉積作用以機械沉積作用為主，由於地面流水總是處於較快的運動與循環狀態，其中的溶運物在搬運過程中一般不具備沉積條件，故化學沉積作用微弱。河流的沉積作用，自上游至下游普遍存在，主要是由於流速減小、流量減小、進入河流的碎屑過多超出河流的搬運能力而發生沉積。