地層（ちそう）とは、粘土、砂、礫等の砕屑物や火山礫、火山灰等の火山砕屑物、生物遺骸などが、水や風の力により運搬され、堆積してできた堆積物ないし堆積岩の内、垂直方向に比して水平方向の広がりが十分に広い（層状に分布している）ものの総称である。
地層は、その成因から水成層と風成層に区分される。以下に挙げるのは、水成層の形成過程である。
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地球上には、水中や窪地などの環境がある。そのような所に、他の場所から侵食されてきた岩石や土砂が、降り積もったり、水によって運搬されてきたりして、堆積物が溜まっていく。これが層になり、地層が形成される。
地層は一般的に、水中のほぼ水平な面の上に、一定の厚さで溜まっていく。比較的均質な構成物からなる1枚の地層を単層と呼び、単層と単層の間の境界面を層理面という。普通、地層は地面の中に隠れており見ることはできないが、何らかの原因で地面の断面が見えるようなところでは、地層が観察できる。これを露頭という。典型的な露頭は、崖や、道路脇の地面が削り取られたところ、採石場、川岸の土手などで、粒径や構成物が異なった層からなる平行な帯のひとつとして観察することができる。グランドキャニオンのような大渓谷では、数億年に渡る期間の地層が観察できることもある。それぞれの単層の厚さは、1 mmにも満たないものから、1 kmを越えるものまで様々な場合がある。