Lithificatie is hoe zachte sedimenten, het eindproduct van erosie, word stijve rots ("lithi-" betekent rots in wetenschappelijk Grieks). Het begint wanneer sediment, zoals zand, modder, slib en klei, voor de laatste keer wordt afgezet en geleidelijk wordt begraven en samengeperst onder nieuw sediment.
Vers sediment is meestal los materiaal dat vol is met open ruimtes of poriën, gevuld met lucht of water. Lithificatie verkleint die porieruimte en vervangt deze door een vast mineraal materiaal.
De belangrijkste processen bij lithificatie zijn verdichting en cementering. Bij verdichting wordt het sediment in een kleiner volume geperst door de sedimentdeeltjes dichter in te pakken, door water uit de porieruimte te verwijderen (verdroging) of door druk oplossing op de punten waar sedimentkorrels met elkaar in contact komen. Bij cementeren wordt de poriënruimte gevuld met vaste mineralen (meestal calciet of kwarts) die uit de oplossing worden afgezet of die ervoor zorgen dat bestaande sedimentkorrels in de poriën kunnen groeien.
Lithificatie vindt volledig plaats in de vroege fase van diagenese. Andere woorden die overlappen met lithificatie zijn verharding, consolidatie en verstening. Verharding omvat alles wat rotsen harder maakt, maar strekt zich ook uit tot materialen die al zijn gelithificeerd. Consolidatie is een meer algemene term die ook van toepassing is op het stollen van magma en lava. Verstening verwijst vandaag specifiek naar de vervanging van organisch materiaal door mineralen om fossielen te creëren, maar in het verleden werd het losser gebruikt om lithificatie te betekenen.