Диагене́з (от греч. δια... – приставка, означающая здесь завершённость действия, и …генез), совокупность процессов преобразования рыхлых осадков в осадочные горные породы в условиях верхней зоны земной коры. Термин «диагенез» ввёл в науку немецкий геолог В. Гюмбель (1888), рассматривавший диагенез как всю совокупность изменений осадка, вплоть до превращения его в метаморфическую горную породу. Позднее, благодаря работам Й. Вальтера, А. Е. Ферсмана и др., под диагенезом стали понимать только преобразование осадка в осадочную породу, а более поздние её превращения отнесли к стадиям катагенеза и метагенеза.

Согласно учению, разработанному Н. М. Страховым, при диагенезе происходит физико-химическое уравновешивание осадка, первоначально крайне неравновесного, сильно обводнённого, содержащего в большом количестве как остатки отмерших организмов, так и живые организмы (бактерии). На раннем, окислительном, этапе диагенеза организмы поглощают свободный кислород иловой воды (водного раствора, пропитывающего осадок), после чего начинается восстановление оксидов Fe³⁺, Mn⁴⁺, V⁵⁺ и др., а также SO₄^2-. Среда становится восстановительной; повышается растворимость многих веществ, в т. ч. кремнёвых и кальцитовых биоскелетов, а также входящих в их состав в качестве изоморфных примесей MgCO₃, SrCO₃ и др. Из глинистых минералов в результате катионного обмена в раствор переводятся многие элементы. Органическое вещество, разлагаясь, частично переходит в газы (CO₂, NH₃, H₂S, N₂, CH₄), водорастворимые соединения, накапливающиеся в воде, а также в более устойчивые соединения, сохраняющиеся в твёрдой фазе осадка. Постепенно иловая вода меняет свой состав, и в ней, по мере насыщения, начинается химическое осаждение аутигенных минералов – природных карбонатов, фосфатов, сульфидов, кремнезёма и др., а также синтез силикатов (глауконита, монтмориллонита, лептохлоритов, цеолитов и др.). Одновременно с формированием диагенетических минералов осадок теряет свободную воду и несколько уплотняется локально (его сплошное уплотнение происходит на более поздних стадиях – катагенеза и метагенеза). Из-за физико-химической неоднородности осадка аутигенное вещество перераспределяется, образуются конкреции (железомарганцевые оксидные, карбонатные, фосфатные, сульфидные и силикатные), цементируются участки осадков. В процессе перераспределения вещества формируются рудные концентрации P, Mn, Co, Ni, Cu, Pb, Zn и др. Осадки до глубины 2–4 м обмениваются веществом с наддонной водой. В верхней зоне, куда проникает свободный кислород, происходит окислительный диагенез, в нижней – восстановительный.

Некоторые учёные (российские геологи Л. Б. Рухин, В. Т. Фролов и др.) преобразование осадков, протекающее в открытой среде по отношению к атмо-, гидро- и биосфере, относят к подводному (гальмиролиз), субаэральному и субаквальному выветриванию, понимая под диагенезом систему физико-химических процессов в условиях уже существенной изолированности от них.