地层学主要是研究成层岩系所含的古生物化石的相对年代顺序，一般称为生物地层学或者年代地层学。从沉积学的角度来讲，研究成层岩系的沉积环境以及它的形成过程，被称为“沉积地层学”或者“岩石地层学”。
分类方法
地层划分是按地层的岩性、古生物等特征及形成先后顺序，将地层划分为若干个地层的单位，建立地层系统。通过地层的划分，建立本地区的地层剖面，可以了解本地区地壳运动和环境演变情况。地层划分的方法如下。
构造学方法
根据不整合(角度和平行不整合)面及地层变形样式不同来划分地层的方法；如我国东南一带，泥盆系和下伏的下古生界之间普遍存在区域角度不整合，代表早古生代末期发生了一次巨大的构造运动(加里东运动)，这种角度不整合可作为地层划分的标志。
岩石学方法
根据不同的岩性特征(成分、颜色、结构、构造等)或岩石组合的不同、岩石物理、化学性质的差异来划分地层。
古生物学方法
根据上、下地层中所含化石或化石群落的不同来划分地层。
分支学科
年代地层学
年代地层单位是以地层形成年代作为依据而划分的地层单位。在某一特定地质时间间隔内所沉积的一套地层即为年代地层单位。年代地层单位之间的界限应为沉积等时面或同时沉积面。确定等时面的方法包括生物地层学(根据标准化石)、同位素年代学(适用于前寒武纪的深变质地层)、古地理(海陆变迁)、古地磁(适用于寒武纪以后的地层)和古气候等方法。一般情况下，层面和不整合面都可作为年代地层界面。
岩石地层学
岩石(岩性)地层单位是以岩性特征作为主要依据而划分的地层单元。这些岩性特征的主要对比标志是粒度、颜色、层理、厚度、矿物成分、沉积构造、电性特性、钻时录井等等。总之，岩石地层单位之间是以岩性的明显变化作为岩石地层界面，但是大部分情况下岩性在横向上是渐变的，所以这种岩性界面的确定是人为的，并不是一个实际存在的物理界面，并且岩石地层单位的范围不定，没有严格的时限，因而具穿时性。只有当岩性界面与层面或不整合面重合时，它才是一个真正的物理界面。
生物地层学
生物地层单位是根据地层所含化石的一致性和特殊性而划分的地层单位，并以所含化石的明显变化作为生物地层单位之间的界限。由于生物的演变是渐变的，因而这种界限也带有一定的人为性。同时由于生物的演化变种以及不同的环境下有不同的生物种属，因而这种界限可能平行于等时线，也可能穿时。
地震地层学
一些结构特征，比如盐穹和背斜，已经在地震数据采集的开始被认可。在20世纪70年代，地质学家想出了一个办法来解释与海平面相关的大规模沉积物(维尔等人，1977)。这一理论被称为地震地层学，考虑全球沉积板块，通过解释地震线来展示特定区域是如何沉积的，以此来研究地震地层学。通过解释地下沉积岩层的形成条件，地质学家可以推断出周围的岩石类型，还可以利用地震地层学获得对油藏更好的认识。
层序地层学
层序地层学是对同一年代地层构架的岩性构架的研究。“年代地层学”指的是按时间排序的地层。同一年代地层构架南一个年代地层的表面决定，这里年代地层的表面指的是年轻岩层在上、年长岩层在下的界面。年代地层的表面是有效的时间标记，因为它们在较大的横向距离上是相关的。层序边界是潜在相关的年代地层的界面。