Sedimentoloģijas pētījumu objekti ir nogulas un nogulumieži. Sedimentoloģija galvenokārt pēta nogulu materiāla izcelsmi, pārnesi un izgulsnēšanos dažādās vidēs sauszemē, jūrās un okeānos. Vairums pētnieku uzskata, ka arī nogulu un nogulumiežu vēlākās (pēcsedimentācijas) izmaiņas ir sedimentoloģijas pētījumu objekts. Nogulumiežu petroloģijā pēta tos pašus jautājumus, ko sedimentoloģijā, taču lielāka uzmanība tiek pievērsta nevis nogulu uzkrāšanās procesam, bet gan nogulumiežiem – to sastāvam, uzbūvei, izplatībai un veidošanās apstākļiem. Nogulumiežu petrogrāfija ir šaurāks, sedimentoloģijai paralēls ģeoloģijas virziens. Nogulumiežu petrogrāfija apraksta un klasificē nogulumiežus, galvenokārt izmantojot mikroskopijas metodes.

Bijušajā Padomju Sociālistisko Republiku Savienībā (PSRS) ģeoloģijas virzienu, kas pēta nogulumiežus, to veidošanās apstākļus un pēcsedimentācijas izmaiņas, sauca par litoloģiju. Šādā izpratnē abi termini ir sinonīmi. Arī mūsdienās Krievijā un citās Neatkarīgo Valstu Sadraudzības (NVS) valstīs mācību par nogulumiežiem parasti sauc par litoloģiju, lai gan aizvien plašāk tiek lietots termins sedimentoloģija.

Sedimentoloģijas praktisko nozīmi nosaka tās saistība ar derīgo izrakteņu ģeoloģiju. Lielākā daļa pasaules dzelzs (Fe), mangāna (Mn) un alumīnija (Al) resursu veidojušies nogulsnēšanās procesā; nogulumiežos ir lieli pārskaloto (kliedņu) dimantu, zelta (Au), platīna (Pt) grupas metālu, alvas (Sn) u. c. derīgo izrakteņu resursi. Nogulumiežus – dolomītu, kaļķakmeni, ģipsi, mālu, smilti un granti – plaši izmanto būvmateriālu ražošanā. Enerģijas resursi – ogles, degslāneklis un kūdra – veidojušies nogulsnēšanās procesos. Nafta un gāze rodas no nogulumiežos esošajām organiskajām vielām, tad pārvietojas un uzkrājas nogulumiežu slāņkopās. Visu iepriekš minēto sedimentogēno derīgo izrakteņu izplatības un krājumu prognozēs izmanto sedimentoloģiskās pētījumu metodes un paleoģeogrāfiskās rekonstrukcijas.

Sedimentoloģijas teorētisko nozīmi nosaka tās plašās izmantošanas iespējas, lai noskaidrotu Zemes virsmas apstākļus un to izmaiņas. Mūsu planētas vēsturē daudzas nogulumiežu pazīmes nav mainījušās vai ir mainījušās maz, tādēļ iespējams noskaidrot Zemes virsmas apstākļus arhajā, proterozojā un jaunākos laika posmos. Nogulu materiāla rotācijas cikls palīdz izprast vielu apriti dabā kopumā. Zināšanas sedimentoloģijā un ģeomorfoloģijā tiek izmantotas, lai pētītu iespējamās tekošu šķidrumu izpausmes uz Marsa, potenciāli arī uz citu planētu virsmām. Jūras krasta, paisuma un bēguma, karbonātu uzkrāšanās un citu procesu pētījumi ir nozīmīgi, lai izprastu klimata izmaiņu ietekmi. 

Sedimentoloģija sastāv no vairākiem apakšvirzieniem. Nozīmīgākie ir klastisko nogulumu un karbonātu sedimentoloģija, taču atsevišķi tiek nodalīti arī citu nogulumu paveidu pētījumu virzieni. Lietišķā sedimentoloģija pēta naftas, gāzes, ogļu, rūdu un citus resursus nogulumiežos. Tradicionāli sedimentoloģijā tiek iekļauti arī pēcsedimentācijas izmaiņu jeb diaģenēzes pētījumi, kas ir nozīmīgi nogulumiežu kolektorīpašību noskaidrošanā.

Sedimentoloģijas nozīmīgākā teorija ir uniformisms (aktuālisms) jeb uzskats, ko 18. gs. izvirzīja skotu ģeologs Džeimss Hatons (James Hutton), bet 19. gs. sākumā popularizēja britu ģeologs Čārlzs Laiels (Charles Lyell): ģeoloģiskie procesi, ieskaitot katastrofiskos, un to intensitāte pagātnē un tagadnē ir līdzīgi. Šis princips ir būtisks ģeoloģijā un dabas zinātnēs kopumā. Sedimentoloģijā uniformisma teorija tiek plaši lietota, lai pēc labi pieejamiem, detalizēti pētāmiem mūsdienu procesu un vides piemēriem noskaidrotu senos nogulu uzkrāšanās procesus un apstākļus.

Sedimentoloģijā izmanto arī Valtera likumu (Walther’sche Faziesregel), kas nosaukts par godu vācu ģeologam Johannesam Valteram (Johannes Walther): nogulumiežu fācijas, kas nomaina cita citu ģeoloģiskajā griezumā vertikālā virzienā, atrodas arī blakus cita citai horizontālā virzienā. Sedimentologu izpratnē fācija ir nogulumieža veids ar visām tā uzbūves un sastāva īpatnībām.

Klastiskā (drupu) materiāla uzkrāšanās procesu pētījumos nozīmīgs ir Stoksa likums (Stokes`law) – matemātisks vienādojums, kas raksturo sfērisku daļiņu izgulsnēšanās ātrumu šķidrumā. Šo likumu 1851. gadā ieviesa angļu fiziķis un matemātiķis Džordžs Stokss (George Gabriel Stokes). Stoksa likuma būtiskākā atziņa ir, ka lielākas daļiņas izgulsnējas ātrāk nekā mazākas. Šo likumu lieto dabisko sedimentācijas apstākļu raksturošanā un drupu materiāla graudu izmēru analīzē, izmantojot sedimentācijas metodes: pipetes, hidrometra (areometra) analīzi un citas.

Sedimentoloģijā tiek izmantotas arī citu dabaszinātņu teorijas, piemēram, Ņūtona gravitācijas likums, termodinamikas likumi un evolūcijas teorija.

Sedimentoloģisko pētījumu pamatā ir lauka darbi – dabīgo atsegumu, karjeru, skatrakumu sienu, urbumu seržu apraksts, zīmēšana, fotografēšana un paraugu ņemšana turpmākiem pētījumiem laboratorijās. Atsegumu aprakstu papildina ar slāņojuma elementu un oļu garenasu mērījumiem, izmantojot kompasu; šos datus izmanto ūdens straumju, vēja un ledāja kustības virzienu noteikšanai.

Nogulumiežu ģeoloģiskā kartēšana nosaka nogulumiežu sastāva un uzbūves atšķirības to izplatības laukumā. Nogulumiežu īpašību analīzi ģeoloģiskajā griezumā un izplatības laukumā izmanto to uzkrāšanās apstākļu rekonstrukcijās.

Lai rekonstruētu nogulu cilmmateriāla piegādes un sedimentācijas baseinu tilpuma izmaiņas, ko galvenokārt nosaka okeāna ūdens līmeņa svārstības, izmanto secību statigrāfiju (nogulumiežu slāņkopu uzbūves telpiska analīze). Secību stratigrāfija ir integrēts sedimentoloģijas, paleontoloģijas, stratigrāfijas un ģeofizikas pētījumu virziens.

Nogulumiežu slāņkopu uzbūves pētījumiem izmanto arī ģeofizikālās metodes: radiolokāciju, seismiku un elektroizpēti.

Nozīmīga drupiežu laboratorijas pētījumu metode ir graudu izmēru (granulometriskā) analīze, kas ļauj gan raksturot to veidošanās apstākļus, gan noskaidrot praktiskās izmantošanas iespējas. Smilšaino nogulumu graudu izmērus analizē ar sietiem, bet mālainiem nogulumiem – izmantojot sedimentācijas, rentgenstaru absorbcijas (sedigrāfa), lāzerdifrakcijas metodes un citas.

Plānslīpējumu analīze skaidro dažādu iežu struktūru, mikrotekstūru, minerālā sastāva, fosīliju, porainības un pēcsedimentācijas izmaiņas. Lai pētītu apstākļus, kādos veidojas kaļķakmeņi, tiek izmantota mikrofāciju metode – pamatojoties uz plānslīpējumu pētījumiem, kaļķakmens pēc konkrētām īpatnībām tiek dalīts veidos (mikrofācijās), pēc kuriem var analizēt ūdens dziļumu, viļņu, straumju un plūdmaiņu ietekmi uz nogulu uzkrāšanos, kā arī organismu dzīves un to atlieku uzkrāšanās apstākļus.

Ģeoķīmiskās metodes ļauj noteikt iežu un atsevišķu to komponentu ķīmisko sastāvu. Tiek izmantota makroelementu un mikroelementu analīze, kā arī oglekļa (C), skābekļa (O), stroncija (Sr) un citu elementu stabilo izotopu attiecību analīze. Šīs metodes dod iespēju rekonstruēt vidi, kāda pastāvēja nogulumu uzkrāšanās un pēcsedimentācijas izmaiņu laikā.

Daudzām senajām tautām bija izpratne par nogulu pārvietošanās un uzkrāšanās procesiem. Senie ēģiptieši izprata ūdens uzplūdu un nogulu uzkrāšanās laika posmus un apjomu Nīlas palienēs. Feniķieši veidoja ostu molus un piestātnes tā, lai izvairītos no nogulu uzkrāšanās kuģu ceļos. Sengrieķi aprakstīja krasta līniju izmaiņas laika gaitā un augšņu eroziju pēc mežu iznīcināšanas. Viduslaikos, 11. gs., nozīmīgus sasniegumus guva ķīniešu zinātnieks Šeņ Kuo (沈括) un secināja, ka upju pārnestā nogulu materiāla cilmavots ir kalni un ka klimats mainās ne tikai sezonāli, bet arī ilglaicīgi.

Nogulumiežu veidošanās apstākļu interpretācijas bija nozīmīgas jau ģeoloģijas zinātnes pirmsākumos. Krievu zinātnieks Mihails Lomonosovs (Михаил Васильевич Ломоносов) 18. gs. vidū pauda uzskatu, ka augsnei, kūdrai, oglēm, naftai un dzintaram ir organiska (bioloģiska) izcelsme. Dž. Hatons publikācijā “Zemes teorija” (Theory of the Earth, 1785) aprakstīja uniformisma principu, kas rosināja nogulumiežu pētījumu attīstību. Angļu ģeologs Č. Laiels uniformisma principu precizēja un aprakstīja publikāciju sērijā “Ģeoloģijas pamati” (Principles of Geology, 1830–1833). Par sedimentoloģisko pētījumu aizsācēju uzskata angļu zinātnieku Henriju Sorbiju (Henry Clifton Sorby), kurš 19. gs. 40.–60. gados veica daudzpusīgus pētījumus nogulumiežu petrogrāfijā, attīstīja mikroskopijas metodes un atziņas par smilšu un putekļu pārnesi un uzkrāšanos ūdens vidē, atklāja organismu mikrofosīlijas kaļķakmeņos un citur.

Vācu, šveiciešu un austriešu ģeologi 20. gs. 20.–30. gados izmantoja nogulumiežu tekstūras, lai noskaidrotu slāņu pareizu virzienu (senākais apakšā, jaunākais augšā) uzbīdījumu struktūrās. Angļu militārists un sedimentologs Ralfs Bagnolds (Ralph Alger Bagnold) 20. gs. 30. gados attīstīja izpratni par sedimentācijas fizikālajiem procesiem, plaši izmantojot eksperimentus.

1940. gadā krievu zinātnieks Leonīds Pustovalovs (Леонид Васильевич Пустовалов) ierosināja mācību par nogulumiežiem saukt par litoloģiju. Kopš 20. gs. 60. gadiem šāda pieeja ir nostiprinājusies PSRS.

Amerikas Savienoto Valstu (ASV) un Lielbritānijas naftas kompānijas 20. gs. 50.–60. gados meklēja lielas naftas atradnes, tādēļ plaši attīstījās mūsdienu seklūdens jūras un deltu nogulumu pētījumi. 20. gs. vidū liela nozīme paleoģeogrāfiskajās rekonstrukcijās bija sedimentoloģiskiem pētījumiem, jo tie palīdzēja atklāt apgabalus ar līdzīgu klimatu un nogulu uzkrāšanās apstākļiem. Krievu sedimentologs (litologs) Nikolajs Strahovs (Николай Михайлович Страхов) 1956. gadā izstrādāja litoģenēzes teoriju: dažādos klimatiskajos apstākļos, kā arī okeānos un vulkāniskajos apgabalos ir noteikts nogulu uzkrāšanās apstākļu un nogulu tipu kopums.

Laikā no 1968. gada līdz 1983. gadam tika īstenots Dziļūdens urbšanas projekts (Deep Sea Drilling Project) okeānos un jūrās, kurā tika precizēts okeānu nogulu sastāvs, vecums un veidošanās apstākļi. No 1985. gada šis projekts tika realizēts Okeānu urbšanas programmā (Ocean Drilling Program, ODP), no 2004. gada – Integrētā okeānu urbšanas programmā (Integrated Ocean Drilling Program, IODP) un no 2013. gada – Starptautiskā okeānu atklāšanas programmā (International Ocean Discovery Program, IODP).

Tiek uzskatīts, ka terminu “sedimentoloģija” ieviesa zviedru izcelsmes amerikāņu sedimentologs Hākons Vadells (Hakon Wadell), minot to savā rakstā “Sedimentācija un sedimentoloģija” (Sedimentation and sedimentology) žurnālā Science 1932. gadā (sējums 75, nr. 1931). Taču pats H. Vadells norādīja, ka šo terminu, raksturojot savus zinātniskos pētījumus žurnālā American Man of Science, pirmo reizi 10 gadus agrāk izmantoja amerikāņu ģeologs Arturs K. Trovbridžs (Arthur C. Trowbridge).

1927. gadā ASV tika izveidota Ekonomisko paleontologu un mineralogu biedrība (Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, SEPM), kas vēlāk pārveidota par Nogulumiežu ģeoloģijas biedrību (Society for Sedimentary Geology). Starptautiskajā ģeoloģijas kongresā 1952. gadā tika dibināta Starptautiskā sedimentologu asociācija (International Association of Sedimentologists, IAS).

No izveides pirmsākumiem līdz šim brīdim sedimentoloģijā vāc, apkopo un interpretē datus par nogulumiežu sastāvu un uzbūvi. Mūsdienās paralēli sedimentoloģijai attīstās fizikālā un kvantitatīvā sedimentoloģija, kas pēta nogulu pārvietošanās un uzkrāšanās procesus ar fizikas un matemātikas metodēm. Zemūdens nogulu plūsmu (turbidītu plūsmu) pētījumiem lieto fluīdu metodikas principus. Sedimentācijas procesu izpratnei izmanto matemātiskās modelēšanas metodes. Sedimentoloģiskie pētījumi ir viens no secību stratigrāfijas pamatiem, kas analizē nogulumiežu sastāvu un slāņkopu uzbūvi laikā un telpā atbilstoši ūdens līmeņa svārstībām. Sedimentologi sadarbojas ar ģeoķīmiķiem, ģeofiziķiem, paleontologiem, struktūrģeologiem un citiem speciālistiem, lai pēc iespējas precīzāk analizētu nogulu uzkrāšanās procesus un veiktu paleoģeogrāfiskās rekonstrukcijas.

Albertas Universitātē (University of Alberta) Kanādā veic plašus pētījumus par seno nogulumiežu un kvartāra nogulumu veidošanās apstākļiem, kā arī naftas un gāzes ģeoloģiskos pētījumus. Amsterdamas Brīvajā Universitātē (Vrije Universiteit Amsterdam) Nīderlandē veic pētījumus karbonātu sedimentoloģijā un pēcsedimentācijas izmaiņu jomā, izotopu ģeoķīmijā, kā arī plaši pēta rifu veidojumus. Kanzasas Universitātē (University of Kansas) ASV tiek veikti plaši pētījumi karbonātu un klastisko nogulumu sedimentoloģijā, naftas ģeoloģijā, secību stratigrāfijā, ģeoķīmijā un pēcsedimentācijas izmaiņu jomā. Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas institūtā (Геологический институт Российской академии наук) Maskavā veic pētījumus nogulumiežu ģeoķīmijā un nogulumiežu mineraloģijā, kā arī pēta vulkanoklastiskos (volcaniclastic) nogulumus un citus. Līdsas Universitātē (University of Leeds) Lielbritānijā bāzētā fluviālo un eolo nogulumu pētnieku grupa veic pētījumus sedimentoloģijā par naftas, gāzes un citu Zemes dzīļu resursu atklāšanu un izpēti. Oksfordas Universitātē (University of Oxford) Lielbritānijā tiek veikti plaši pētījumi sedimentoloģijā, izceļot sedimentoloģiju un ģeoķīmiju, kā arī mezozoja ēras klimata un okeānu pētījumus. Pensilvānijas Valsts Universitātē (Pennsylvania State University) ASV tiek veikti pētījumi sedimentoloģijā, nogulumiežu ģeoķīmijā un sedimentācijas procesu un nogulumu evolūcijā. Potsdamas Universitātē (Universität Potsdam) Vācijā tiek veikti pētījumi par sedimentācijas procesu dinamikas, klimata un seno organismu mijiedarbību ģeoloģiskajā laikā, kā arī nogulumiežu pētījumi naftas un citu enerģijas resursu nodrošināšanai. Bohumas Rūras Universitātē (Ruhr-Universität Bochum) Vācijā nozīmīgākā pētījumu tēma ir nogulumiežu veidošanās apstākļi no pirmskembrija līdz neogēnam, īpaši pētot karbonātiežu ģeoķīmiju. Tiek veikti plaši pētījumi arī citās sedimentoloģijas, paleoklimatoloģijas un ģeoķīmijas jomās. Šveices Federālajā tehnoloģiju institūtā (Eidgenössische Technische Hochschule, ETH) un Ģeoloģijas institūta Zemes zinātņu nodaļā (Geologisches Institut, Departement Erdwissenschaften) sedimentoloģiskie pētījumi tiek veikti par klimata izmaiņām un Zemes virsmas procesu dinamiku.

Sedimentology (kopš 1962. gada, izdevējs Starptautiskā Sedimentologu asociācija, International Association of Sedimentologists, IAS); Journal of Sedimentary Research (kopš 1994. gada, izdevējs Nogulumiežu ģeoloģijas biedrība, Society for Sedimentary Geology, SEPM), kā arī šī biedrība izdeva Journal of Sedimentary Petrology (1931–1994); Sedimentary Geology (kopš 1967. gada, izdevējs Elsevier); Lithology and Mineral Resources; Литология и полезные ископаемые (kopš 1963. gada, izdevējs Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas institūts, Геологический институт Российской академии наук).

ASV ģeologs Viljams Henrijs Tvenhofels (William Henry Twenhofel) bija viens no sedimentoloģijas kā zinātnes virziena pamatlicējiem, pētīja dziļūdens nogulumu melnos argilītus, seno koraļļu rifu paleoekoloģiju, augšņu eroziju un to saglabāšanas problēmas, ezeru nogulumus un smago minerālu kliedņus. V. Tvenhofela zināmākais darbs ir “Sedimentoloģijas traktāts” (A Treatise of Sedimentation, 1926). R. A. Bagnolds bija militārpersona un sedimentologs, Pirmā un Otrā pasaules kara dalībnieks, kurš paralēli darbībai britu armijā pētīja tuksnešu kāpu nogulumus, bet 1944. gadā atvaļinājās no armijas un pievērsās tikai sedimentoloģiskiem pētījumiem. Plaši pazīstami ir R. A. Bagnolda darbi par klastisko nogulumu pārneses un uzkrāšanās procesiem gaisa un ūdens vidē, kuros tika daudz eksperimentēts, lietojot fizikālās pētījumu metodes. N. Strahovs bija viens no uniformisma metodes attīstītājiem sedimentoloģiskajos (litoloģiskajos) pētījumos. Izstrādājis litoģenēzes teoriju, ko aprakstījis grāmatās “Litoģenēzes teorijas pamati” (Основы теории литогенеза, 3 sējumi, 1960–1962) un “Litoģenēzes tipi un to evolūcija Zemes vēsturē” (Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли, 1963). L. Pustovalovs bija viens no pamatlicējiem mācībai par nogulumiežiem (litoloģijas) PSRS, nodarbojās ar nogulumiežu ģeoķīmiju un lietišķo sedimentoloģiju, sarakstīja monogrāfiju “Nogulumiežu petrogrāfija” (Петрография осадочных пород, 1940). ASV ģeologs Frānsiss Petidžons (Francis John Pettijohn) devis lielu ieguldījumu sedimentoloģijas attīstībā. Pētījis arhaja iežus, kas sākotnēji veidojušies nogulsnēšanās procesos, interpretējis to uzkrāšanās apstākļus. Nodarbojies ar smilšakmeņu lauka un laboratorijas pētījumiem, t. sk. mikroskopiju, seno straumju virzienu un nogulumu cilmavotu interpretācijām. Vācu un amerikāņu ģeologs Džeralds Frīdmans (Gerald Manfred Friedman) ir viens no mūsdienu sedimentoloģijas pamatlicējiem, attīstījis fundamentālus un lietišķus sedimentoloģiskus pētījumus, sekmējis un pamatojis sedimentoloģijas nozīmi naftas iegulu atklāšanā. Kopā ar amerikāņu sedimentologu Džonu Sāndersu (John Sanders) publicējis monogrāfiju “Sedimentoloģijas pamati” (Principles of Sedimentology, 1978) un citus nozīmīgus darbus. Amerikāņu sedimentologs Roberts L. Folks (Robert L. Folk) ir vairāku nogulumiežu klasifikāciju autors, pētījis ne tikai karbonātu sedimentoloģiju, bet arī eolos (vēja) nogulumus un nodarbojies ar ģeoarheoloģiju. Kopš 1989. gada pēta nanobaktērijas – problemātiskus biogēnus vai mineraloģiskus veidojumus. Kanādiešu ģeologs Džerārds Midltons (Gerard Viner Middleton) pētīja turbidītu plūsmas un to nogulumus, kā arī mehānisku procesu darbības rezultātā veidotas nogulumu tekstūras un struktūras. Grāmatas “Nogulumiežu veidošanās” (Origin of Sedimentary Rocks, 1972) autors, kuru veidojis kopā ar amerikāņu sedimentologiem Hārviju Blatu (Harvey Blatt) un Reimondu Mariju (Raymond Murray). Angļu sedimentologs Moriss Takers (Maurice Edwin Tucker) nodarbojās ar karbonātu sedimentoloģiju un karbonātiežu kā naftas kolektoriežu pētījumiem. Sarakstījis vairākas nozīmīgas monogrāfijas, piemēram, “Nogulumiežu petroloģija” (Sedimentary Petrology, 1980) un kopā ar V. Polu Raitu (V. Paul Wright) – “Karbonātu sedimentoloģija” (Carbonate Sedimentology, 1990).