一、地质
在距今20亿年前的早元古代，皖北相对隆起。其后，经历了13亿年的振荡，于距今7亿年前的震旦纪，鲁西隆起区边缘及郯庐断裂带西侧相对沉降，沦为海域，徐淮地区沉积了3000米厚度的碎屑盐和碳酸盐建造层。在距今4亿年的加里东构造运动期间，阜阳地区地质进入了以缓慢振荡为主的均衡发展稳定期，继承并扩大了震旦纪的沉积区。在距今3.4亿年前的晚奥陶纪到早石炭纪期间，阜阳地区上升为陆地，并长期处于稳定剥蚀夷平阶段。距今3亿年的中石炭纪，阜阳地区又缓慢相对下沉，出现海浸，形成中石炭统海陆交相含煤建造和二迭系过渡相及陆相含煤建造。阜阳地区地质上的含煤构造大多形成于这一时期。到距今约2.3亿年前的晚二迭纪，华北气候逐渐干旱，形成了石盆子组及石千峰组紫红色、红色沉积。由于中生代开始的华力西运动，在南北压应力作用下，阜阳地区形成了近东西向的褶皱带。在距今6500万年前开始的新生代，阜阳地区由于应力场的调正，在燕山运动造成的断裂带广生差异运动，新华夏系第二沉降带迅速下沉，形成了厚达7千米的陆相沉积地层，其中第三纪地层以碎屑为主。距今200万年形成的第四纪地层为多元结构，由冲积形成的松散堆积物组成，其厚度阜阳断层以东达500米，以西达700米以上，最大厚度在1000米以上。
在地质构造上阜阳地区位于昆仑——秦岭纬向构造带东段北东向新华夏系第二隆起带。其主要构造为：
纬向构造：昆仑——秦岭东西向构造中的宿县拗陷、蚌埠隆起、淮南拗陷、霍邱——肥东隆起，都经过阜阳地区。主要断裂有位于涡阳、蒙城之间的板桥断层（此断层倾向北，落差大于1000米）、利辛——五河断层及马店——沫河口断层（此2断层皆倾向北，两者平行排列，延展长度大于150公里）、阜阳——舜耕山断层（走向为北西——北西西，倾向南西，压扭性断层）。
新华夏系构造：位于河南芒砀山、涡阳县龙山——利辛县西部——霍邱四十里长山一线。其主要断裂有丰涡断裂、王老人断裂、夏邑——太和断裂。
二、地貌
阜阳地区北部与黄河决口扇形地相连，南部与江淮丘岗区隔淮河相望，全境属平原地带，地势平坦。仅东北部有龙山、辉山、狼山、双锁山等石灰岩残丘分布，其中龙山海拔105米，为全地区最高点；其余均属平原地貌，平坦舒展，一望无际。
全地区地势西北高而东南低，自西北向东南略有倾斜。西北以亳县詹楼地势最高，海拔42.5米；东南以颍上县姜台子南部地势最低，海拔17.5米。西北与东南相对落差为14.4米，地面比降为七千分之一至万分之一。
由于阜阳地区近代受淮河及其支流蜿蜒切割变迁和黄河历次南泛的影响，境内冲积物不断交互堆积，形成了平原之中岗、坡、洼地相间分布，小区地形起伏跌宕，具有“大平小不平”的地貌特征。
1、地貌类型
阜阳地区地貌大体上可分3种类型，即平原、台地和残丘。
台地分高、低两级，常相伴出现。高台地为石灰岩风化物的坡积群，低台地为古河成阶地。高、低台地总体构成沿石灰岩丘麓的连续环状阶地。台地面比较一般为百分之零点五，土壤侵蚀作用较强，地面常有10米以上的冲沟发育。
残丘仅零星分布于涡阳、蒙城两县境内。其基岩多为石灰岩，海拔高度在41—105米之间，相对高度在10—75米之间，坡度在10—60度之间。
以上台地和残丘两类地貌面积都不大。阜阳地区地貌的主体类型是平原。其面积达18143.56平方公里，占全地区总面积的99.86％。根据小区地貌形态及其组成物质的差异，全地区的平原可分为以下4类：
河间平原：由淮河支流切割形成，面积达11361.4平方公里，占全地区总面积的61.73％，河间平原又可分为沿河高地（群众俗称“岗地”）、缓坡地（群众俗称“坡地”）、河间洼地（群众俗称“湖地”）3种类型。沿河高地多分布于淮河及其支流的河漫滩后缘，呈带状伸展，宽一般为1至1.5公里，其地面高于河间1至2米，坡降为二百五十分之一至五百分之一。缓坡地介于沿河高地与河间洼地之间。河间洼地一般位于两河间的中心地带，因受河流河床变迁的影响，两河之间常有微高地纵横交错，是故河间洼地往往以1个或多个封闭小洼地并存，其地面比河间平原总地表低0.5米至2米。潜水埋藏较浅，部分洼地可能出现季节性积水。
黄泛平原：主要分布于界首至太和、阜阳至涡阳一线以北和颍河、涡河、北淝河上游河道两侧。面积达6076.07平方公里，占全地区总面积的33.02％。黄泛平原系黄河决口泛滥沉积而成，又可分为泛滥缓斜地与低滩地2种类型。泛滥缓斜地是黄泛平原的主体，主要由沿颍、沿涡两个黄泛三角区组成，按行政区划包括亳县、界首、太和、阜阳、涡阳、利辛6县的全部或北半部。地面以五千分之一至万分之一的坡度由西北向东南缓倾。低滩地分布于颍河、涡河、西淝河上游河谷地中。在河道上段，常高于两旁地面1至2米；在河道下段，则低于两旁地面1至2米。
河谷平原：系现代河流下泄，在河谷中发育沉积形成的冲积平原，主要分布在沿淮3县，面积941.27平方公里，占全区总面积的5.11％。河谷平原因地表低洼，常被洪水淹没。
洪冲积平原：由石灰岩残丘的洪水冲积而成，仅在石弓山、龙山、辉山、狼山、双锁山、小涧山等残丘延缓的裙部出现，面积很小。
2、类型组合
阜阳地区地貌类型组合可划分3个平原区，即北部黄泛平原区、中部河间平原区和沿淮河谷平原区。
北部黄泛平原区是黄河扇形冲积平原向东南延伸部分，在地貌形态上具有扇形冲积平原的特点，面积为570.03万亩，它包括沿涡黄泛平原亚区和颍河黄泛平原亚区。沿涡黄泛平原亚区位于涡河西阳集以北的涡河两岸，行政区划为亳县和涡阳县的1部分，面积277.11万亩。该亚区处于黄河扇形冲积平原的尾端，地面坡度在六千分之一以下。其地势、土壤、排灌诸方面均适宜发展集约化农业。颍河黄泛平原亚区位于阜阳市颍河闸以北的颍河两岸，按行政区划包括界首、太和、阜阳3县的1部分，面积292.92万亩。该亚区土表黄泛沉积层较薄，其土质以两合土为主，亦为发展农业集约化经济的理想之地。
中部河间平原包括北部黄泛平原区以南、沿淮低地以北的平原地区，面积达1611.24万亩，占全地区总面积的58.37％，该平原区又可分为洪颍河间平原亚区、颍涡河间平原亚区和涡北河间平原亚区。洪颍河间平原亚区面积535.46万亩，按行政区划包括临泉、阜南、颍上3县的大部和界首、太和2县的南部以及阜阳县西部。该亚区地面海拔较高，地表与河谷之间的高差达3米至4米，地下水埋藏较深，一般为2米至3米。颍涡河间平原亚区位于颍河与涡河之间的平原地带，按行政区划包括亳、太、利、颍、涡、蒙和阜阳7县的部分地域。面积778.66万亩。该亚区以利辛为中心呈浅洼平原态势，地面海拔25.5米至29.5米，为全地区地势较低洼的河间平原。地下水埋藏较浅，仅1米至2米。雨季易受涝渍灾害。涡河以北河间平原亚区位于涡河与故汴河之间，按行政区划包括涡、蒙两县部分地区，面积297.12万亩。其特点是地势低洼，地下水埋藏较浅，易受涝渍灾害侵袭。
沿淮河谷平原区位于沿淮3县的沿淮地带，宽度为5至10公里，面积141.19万亩。该平原区的特点是地势低洼，地表海拔仅22米至24米，多在洪水水位以下。虽已筑有堤防，但讯情严重时仍有不少洼地、滩地需行洪、蓄洪。