Composizione
La composizione è data dal tipo di minerali presenti; spesso rispecchia almeno in parte quella delle rocce che, interessate dai processi di degradazione e di erosione, hanno fornito il sedimento. Alcune rocce sedimentarie possono essere costituite da una gran varietà di minerali, come ad esempio le arenarie, mentre altre presentano una composizione singolarmente ristretta, essendo formate da un unico minerale.
Si definiscono costituenti detritici quei componenti che giungono al luogo di deposizione allo stato solido (ghiaie, sabbie, argille). Si definiscono invece costituenti chimici quelli che vi giungono in forma di soluzione e che precipitano nel luogo di deposizione (salgemma, calcite, dolomite, gesso, silice).
Tessitura
La tessitura riguarda le caratteristiche di: forma, dimensioni, disposizione spaziale, proporzioni tra granuli di diverse dimensioni, relazioni reciproche dei granuli (per le rocce clastiche), dei fossili (per le rocce organogene), dei cristalli (per quelle chimiche e residuali).
Struttura
La struttura è data dalle caratteristiche macroscopiche, quelle che si possono osservare sull'affioramento roccioso.
La principale struttura sedimentaria è la stratificazione, che è l'elemento base per riconoscere una roccia sedimentaria sul terreno. Consiste nella disposizione delle rocce sedimentarie in strati caratterizzati da uniformità di tipo litologico, separati tra loro da altri strati di composizione diversa o con diverse proprietà fisiche. Si formano ogni volta che si verifica un cambiamento nel tipo di sedimenti depositatisi in un dato luogo, come modificazioni chimico-fisiche dell'ambiente deposizionale, mutamenti nella direzione, velocità e turbolenza del mezzo di trasporto; variazione della quantità o del tipo di materiale; temporanea cessazione degli apporti o intervento di piccole fasi erosive tra due apporti consecutivi. Ogni strato perciò testimonia un episodio di sedimentazione seguito da una pausa durante la quale il materiale deposto ha subito un processo di diagenesi.
Tali strati hanno vario spessore (o potenza) e sono delimitati e separati l'uno dall'altro da giunti o piani di stratificazione. Se gli strati hanno uno spessore inferiore al centimetro, vengono denominati lamine. Uno strato può essere composto di più lamine. Se le lamine sono provocate da fatti stagionali, per esempio alternanze di periodi piovosi e periodi di siccità, di gelo e disgelo, si presentano a coppie con caratteri ricorrenti e vengono denominate varve.
Di solito i piani di stratificazione hanno andamento orizzontale; può accadere però che essi abbiano andamento incrociato in conseguenza di variazioni della direzione del mezzo che ha determinato il trasporto dei sedimenti.
Altre strutture
Molte arenarie presentano, in corrispondenza della superficie, le cosiddette impronte di fondo (ripple marks). Si tratta di increspature che si sono formate per l'azione dei venti, delle correnti, delle onde sul fondo sabbioso dei fiumi o sulle spiagge, e che si sono conservate anche dopo che la sabbia è diventata arenaria.
Altre strutture tipiche di limi e argille sono le screpolature da disseccamento (mud cracks): si tratta in questo caso di crepe che si originano quando i depositi di argilla umida vanno incontro a rapidi fenomeni di disseccamento e ad una conseguente contrazione. Tali fessure potranno poi essere riempite da materiali diversi, per opera di un successivo processo di sedimentazione.
Fossili
I fossili sono importanti inclusi che si possono trovare nelle rocce sedimentarie, utile strumento per l'interpretazione del passato geologico (v. le pagine sui fossili).