碎屑岩主要由碎屑、杂基和胶结物三部分物质组成，碎屑物质主要来源于陆源区母岩机械破坏的产物，故也称陆源碎屑。所有的组成岩浆岩、变质岩和沉积岩的矿物和岩石碎屑（简称岩屑）都可以在碎屑岩中出现。然而由于各种矿物和岩石的风化稳定程度不同，易风化分解的成分在风化、搬运过程中逐渐遭破坏而难以到达沉积地区，比较稳定的不易破坏的成分就得以保存在沉积物中。所以碎屑岩中经常见到的矿物或岩屑的种类是不多的，最常见的碎屑物是石英、长石、云母、各种岩屑和重矿物。岩屑在粗粒碎屑岩中出现比较多，而矿物碎屑则大量分布在中细粒碎屑岩中。
（一）碎屑物质
1.矿物碎屑
在碎屑岩中目前已发现的碎屑矿物有160多种，其中最常见的约20种，在一种碎屑岩中主要的碎屑矿物通常不超过3～5种。
（1）石英
石英抵抗风化的能力很强，也不易磨损，道勃利（Daubree，1877）根据实验所作的计算认为，石英颗粒搬运1000km仅磨损其体积的1%。因此，石英是碎屑岩中分布最广的矿物。在砂岩和粉砂岩中石英含量平均达66.8%；在粗碎屑岩中含量较少，且多以机械充填物出现，在其他的岩石如页岩中其平均含量为30%，现代海洋沉积物中为5%。
碎屑石英主要来源于花岗岩、片麻岩、片岩及老的沉积岩中。不同来源的石英碎屑特点往往不同。因此对石英的特点和石英中包裹体形态的相成分以及波状消光等现象的研究，有助于查明石英的来源。
A.岩浆岩来源的石英
主要来自中酸性岩浆岩，如花岗岩经风化解离可以形成很多的单晶与多晶石英颗粒，多晶石英碎屑通常由2～5个石英晶体组成。
来自中酸性岩浆岩的石英常含有粒状或细长柱状的矿物包裹体，一般为岩浆岩中的副矿物，如锆石、磷灰石、电气石、黑云母、独居石、金红石等。包裹体常无一定的方位。此外也常含有细小的液相气体小球以及不透明的尘状不规则包裹体，在高倍镜下可根据其透明性质、较低的突起加以鉴别。由于塑性变形的影响，来自中酸性岩浆岩的石英，也具有微弱的波状消光。
来自火山岩中的石英通常是单晶、透明、呈短的双锥体，并有裂纹相熔蚀现象，无波状消光，缺乏包裹体，有的颗粒可有玻璃质的包裹体。石英的颜色常呈烟灰色。
来自岩浆期后石英脉的石英，可以是单晶或者较粗的多晶石英。粗的多晶石英内部结晶轮廓具有鸡冠状构造，在正交偏光下可见其分成几块，彼此镶嵌，轮流消光。可有蠕虫状绿泥石包裹体或充填很多的细小液体包裹体，而使石英呈乳浊状。
B.变质岩来源的石英
主要来自片麻岩及片岩。片麻岩风化解离可形成20%～25%的单晶石英和75%～80%的多晶石英。多晶石英通常由5个以上的石英晶体组成，彼此呈缝合状接合。中—粗粒的片岩风化解离后，可以形成40%的单晶石英和60%的多晶石英。由于重结晶作用，在多晶石英中，晶体沿c轴方向拉长成定向的聚集体的长形态。在多晶颗粒内，结晶粒度分布常常是双众数的。变质岩中的石英比岩浆岩中的石英更长，包克曼（Bokma）提出一个石英的延长比值，并将长轴与短轴之比作为鉴别其来源的标志之一，在花岗岩中是1.43，在片岩中是1.75。
来自变质岩的石英具有明显的波状消光，无液相气体的包裹体，常含有特征的变质矿物如电气石、硅线石、蓝晶石等的包裹体。
C.沉积岩来源的石英
这种石英因为经过多次搬运与沉积，颗粒经多次磨蚀往往比较圆滑，可以具有沉积物如粘土、方解石等包裹体，有时可见次生加大的现象（次生加大边）。
图8-1 第二旋回的石英
过去曾流行一种看法，认为包括陆源碎屑石英及次生加大石英的颗粒并且又有圆化的边缘者，可认为是沉积来源的石英，称为第二旋回的石英（图8-1）。但是对这种标志的鉴别要特别小心，因为第一旋回的石英次生加大后，再经溶蚀，也可形成这种结构，而且其分布非常广泛。根据许多人的研究，自然界所谓的第二旋回的石英是很少的，具上述结构的石英，其圆化的外形大都是“溶圆”而非“磨圆”的。
氧的同位素测定资料，也可用来区别不同来源的石英。例如，来自花岗岩的石英中18O的丰度是0.94～1.03，这似乎是一个公认的标准；而变质岩的石英中18O的丰度则是1.02～1.67，自生石英中18O就更丰富，可以为1.25～2.680。
（2）长石
长石在碎屑岩中的含量仅次于石英，其平均含量占11.5%。在我国的煤系地层和陆成储油层砂岩中，长石含量还可以高得多。
在碎屑岩中最常出现的是钾长石（多见微斜长石），其次是酸性斜长石，中基性斜长石很少见。具环带构造的长石也少见，它只出现在特殊的情况下，例如有火山喷发来源时。
由于长石易风化，所以长石主要分布于中—粗粒砂岩及砾岩的充填物中，在粉砂岩中含量较少。
长石主要来自花岗岩与花岗片麻岩。地层中长石的含量受气候条件和地壳运动强度的影响较大，如果地壳运动比较剧烈，地形差异大，气候干燥，以物理风化作用为主，而剥蚀快，搬运和堆积也快时，长石碎屑就可以被大量地保存下来而且也很新鲜；反之，长石就不容易保存。可见，对长石的含量、类型以及其他特性的研究，有助于追溯母岩推断古气候和古构造情况。
（3）云母
碎屑岩中云母类矿物以白云母居多。白云母抵抗化学风化的能力强，但易破碎成碎片，故常集中分布在细砂岩和粉砂岩的层面上。黑云母易风化，常分解为绿泥石和磁铁矿。有人认为海底风化作用可使黑云母变成海绿石。黑云母在碎屑岩中含量不多，常出现于距母岩较近地区的砾岩或成分复杂的砂岩中。
（4）重矿物
重矿物在碎屑岩中的含量通常小于1%，只在个别情况下，其含量增多，可成为岩石的一种次要的成分。在少数情况下，重矿物也可以成为碎屑岩的主要成分。
重矿物主要分布在中细粒的碎屑岩中，尤其是在0.25～0.10mm的粒级中。来自花岗岩的重矿物主要有锆石、独居石、榍石、金红石和磷灰石。来自变质岩的重矿物有石榴子石、十字石、蓝晶石、电气石和黄玉，来自较基性的母岩可以有尖晶石、铬铁矿、钦铁矿、辉石等。
重矿物虽然含量很少，但种类繁多、稳定，因此人们常利用重矿物的类型、标型特征及重矿物组合等追索母岩，详细划分和对比地层。
2.岩石碎屑（岩屑）
岩屑是母岩经机械破碎形成的岩石碎块，它不是风化的最终产物，而是一种暂时性的产物，它的大量出现代表了一种特殊的地质条件。碎屑岩中的岩屑可以是多种多样的，其分布常有一定的范围。它们大都集中在砾岩中，多呈砾石出现，在砂岩中就相当少了；而粉砂岩中几乎不存在岩屑。这是因为随着粒度的变小，岩屑逐渐地破碎为矿物碎屑了。
不同成分的岩屑，其分布也有一定的范围，例如花岗岩屑多见于砾岩中，一些细粒结构、隐晶质结构的岩屑出现的范围则较广。易分解破坏的岩石和石灰岩及泥岩一般很难保留呈岩屑，只有在特殊的情况下，例如特殊的气候条件、快速剥蚀、并在靠近母岩处进行堆积时，才可以大量保存此类岩屑。岩屑是判断母岩性质最可靠、最直接的标志，因此，对岩屑的研究有很大的地质意义。
（二）填隙物质
填隙物质包括杂基和胶结物，对砂岩来说，杂基是指细粉砂及粘土物质。在粗碎屑岩中，杂基的粒度上限有所增高。因此，它主要是结构上的概念。从物质成分上来看，粘土矿物是它的重要组成部分，因此有的文献称之为“泥质胶结物”。
碎屑岩中常见的杂基粘土矿物有高岭石、水云母、蒙脱石、绿泥石等，它们主要是作为悬移载荷而沉积下来的，也可能有一部分是海解阶段或成岩阶段，甚至是后生阶段的自生矿物。在杂砂岩内，可能出现大量的绿泥石和绢云母类的杂基，他们常常是由其他粘土矿物如水云母、蒙脱石等变化而来。
胶结物所包括的是一切填隙的化学沉淀物质，是除粘土杂基以外的各种自生矿物，常见的是碳酸盐、硅质矿物以及一部分铁质物质。作为胶结物的碳酸盐矿物如方解石、白云石和菱铁矿，当砂岩或砾岩具有颗粒支撑结构时，它们可呈成岩-后生期充填的小晶体（淀晶）或重结晶的大晶体（嵌晶连生胶结）出现。当出现碎屑颗粒呈“悬浮状”的杂基支撑结构时，则白云母或方解石呈泥晶而作为碳酸盐杂基，代表一种碳酸盐的低能环境（障壁海岸）沉积。如我国北方震旦系中的一些白云质石英砂岩即有这种特点。
硅质胶结物可以是蛋白石、玉髓或石英，前者多见于年轻的沉积物中，后者是古代岩石（砾岩）中常见的胶结物。石英砂岩中的石英质胶结物常作为碎屑石英的次生加大边存在。氧化铁质胶结物可能是化学沉积物，也可能是铁质“杂基”（如红层中某些铁质砂岩或铁质粉砂岩），也可能是其他含铁矿物如菱铁矿氧化而成。
除上述外，填隙的自生矿物还有很多，如海绿石、沸石、磷酸盐、硫酸盐（石膏、硬石膏）、硫化物（黄铁矿等），以及各种自生重矿物如金红石、锆英石、铬铁矿、钛铁矿等。由此可见，碎屑岩的这一组成部分包括了绝大部分的造岩、稀见及金属矿物种类。它们的数量一般很少，但对判断碎屑岩的沉积环境相及成岩后生作用有很大意义。当某些填隙的自生矿物数量多达工业要求时，即可成为矿床，如砂岩型铜矿、铅锌矿、沸石矿、磷矿等等。