Đá biến chất được hình thành dưới lòng đất thông qua một quá trình thay đổi cấu trúc phân tử của đá do áp suất, nhiệt và các phản ứng hóa học. Đá biến chất hình thành từ đá mẹ gọi là đá nguyên sinh. Tùy thuộc vào điều kiện, một protolith có thể biến đổi thành bất kỳ loại đá biến chất nào. Vì các hạt nguyên sinh có khả năng trải qua những thay đổi lớn nên việc xác định chúng đôi khi rất khó đối với các nhà địa chất.
Đá biến chất chỉ có thể được hình thành khi thành phần vật lý và hóa học của đá bị thay đổi mà đá mẹ không bị tan chảy. Các điều kiện tiếp xúc với đá để xác định chính xác thành phần hóa học và khoáng chất của đá biến chất.
Dưới áp lực cực lớn, chẳng hạn như giữa hai mảng kiến tạo va chạm, các khoáng chất của một nhóm đá biến chất với nhau và sắp xếp tạo thành tán lá, xuất hiện như những đường sọc trong đá. Một ví dụ về loại đá có nhiều tán lá là gneiss.
Ngoài ra, các khu vực có nhiệt độ cao, chẳng hạn như gần các khoang chứa magma, tạo ra các loại đá biến chất rất khác nhau. Một ví dụ là cá sừng.
Một khu vực khác xảy ra biến chất là tại một vùng hút chìm, nơi các mảng đại dương va chạm và uốn cong dưới các mảng lục địa. Bởi vì những khu vực áp suất cao này gần đại dương, chúng mát hơn và tạo ra các kết quả biến chất khác nhau. Một ví dụ về điều này là việc tạo ra một khoáng chất màu xanh lam được gọi là glaucophane. Khoáng chất trong đá này phân tán ra khỏi áp suất cao và tạo ra blueschist, một phiên bản đá phiến có màu xanh lam.
Một nguyên sinh chất có thể thay đổi một số lần trước khi đạt đến giai đoạn biến chất cuối cùng. Ví dụ: gneiss có thể bắt đầu dưới dạng đá phiến sét chuyển thành đá phiến, phyllite, đá phiến và cuối cùng là gneiss.
