煤化作用是泥炭或腐泥轉變為褐煤、煙煤、無煙煤的過程，也是成煤作用的第二階段，主要涉及物理化學作用。這一過程包括成岩作用和變質作用兩個階段：
成岩作用。主要以壓力為主，使泥炭壓實、脫水和固結，從而轉變為褐煤。在這一過程中，煤的物理結構發生變化，但化學性質變化不大。
變質作用。主要以溫度為主，壓力為輔的條件，促使褐煤進一步轉變為煙煤、無煙煤，甚至超無煙煤。在這一階段，煤的化學性質發生顯著變化，如煤的各向異性更加顯著，分子量加大，縮合度提高，反光性能增強等。
煤化作用過程中還伴隨著煤中揮發物的減少和碳含量的增加，以及煤有機分子構造的緻密化和定向排列趨勢。此外，煤化作用不是線性均勻的演變過程，而是表現為跳躍式的變化，包括脂肪族、脂環族和側鏈的脫落，以及煤的瀝青化作用的開始等。
在整個煤化作用過程中，溫度和壓力是關鍵因素。溫度越高，煤化程度越高；壓力增大主要促使煤的物理結構發生變化。時間因素主要體現在溫度和壓力持續的時間上，即在相同的溫度和壓力條件下，時間越長，煤化程度也越高。