层序地层学（英语：sequence stratigraphy）是地层学的一个分支。研究以侵蚀面或无沉积作用面以及可与之对比的整合面为界的、有成因联系并具旋回性的地层的年代地层格架内的岩石关系，以及以不整合面或与之相对应的整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的地层。在各种尺度上将沉积沉积物细分并连接成不综合面单元，并根据沉积物供应的变化和可容空间变化率的变化来解释这些地层单元。该方法的实质是基于表面识别绘制地层图，层序地层学是岩石地层学方法的一种有用的替代方法，它强调岩石单元岩性的相似性，而不是时间意义。
层序地层学的分层概念是基于不整合面所具的同时性（synchronicity）。将地层按不整合面分层，每一层单位其上下均由同一组不整合面分界。因此每一层单位代表属同时间沉积物。同一层单位内的古生物及岩性可因沉积环境而异。这与生物地层学及岩石地层学不同，岩石地层学的分层是根据岩性界面。但岩性界面是不等时间面(diachronous)。生物地层学是按生物化石而分层。但也是不等时间面。
与研究地震地层学相似，鉴定层序界面，划分层序地层单位。再划分沉积体系。继而分析地层岩相向上的演变和在平面上的分布。
层序界面是由于盆地海水相对下降时,近岸大陆棚部分海底出露地表被侵蚀。造成侵蚀不整合面（erosional unconformity）。最具代表性的特征是界面上具下切谷。远岸部分未曝露地表，继续接受沉积，但因为沉积物向外海堆积，造成层位下超。故层序界面是侵蚀不整合面及其外海延申的下超界面的组合.
层序地层单位(sequence stratigraphic unit）上下皆为海退期造成的侵蚀不整合面，因此层序地层单位包含两组海退相沉积物，中间夹一组海侵积物。故在一个层序单位内， 可再下划分沉积体系；在底部的海退体系（regressive systems tract）。中部为海侵体系（transgressive systems tract）和上部的另一个海退体系。体系的划分是根据最大海泛面及反射面上超及下超的几何形状.
在同体系内分布的地层，均为成因上有联系的地层（genetically related）. 因此地层岩相向上的演变和在平面上的分布是有规律序的。进而，绘制古地理图，表示各沉积环境的分布。并预测岩相。在无岩石佐证下的勘探过程中，可提高岩相预测的准确性。
