县境属扬子准地台(I级)、淮阳台降(Ⅱ级)与下扬子台坳(Ⅱ级)的交接部位。经过多次内营力作用，地层褶皱和断裂显著。尤以大别期为甚。
一、褶皱
县境内以源潭——牌楼一线为界，东南部为平缓的单斜构造，西北部为复杂褶皱构造。以东西为轴向自北而南组成3个背向斜带：
后冲大屋——棋盘石背向斜带受菖蒲——桐城断裂和屋基岭岩体侵入的影响。该带显得不够完整，分别为后冲大屋向斜、棋盘石向斜和横河街背斜3个褶皱，相间平行排列，背向斜轴迹向为85°，褶皱类型由歪斜形褶曲渐变为等斜褶曲。
英山沟——公界尖背向斜带受菖蒲——桐城断裂和天柱山岩体侵入的影响。该带分别由英山沟复背斜、公界尖背斜和一个向斜组成的3个褶皱，相间平行排列。背向斜轴向为60°—80°。背向斜带的西缘仅在牌楼——横中一带出露。
水推磨——桌椅尖背向斜带受源潭——牌楼断裂和水吼岭——龙井关断裂的控制。该带被限制在宽7公里左右的北东向狭长地带内，并深受两侧岩体的改造，分别由马鞍寨、桌椅尖2个背斜和水推磨、汪公庙、杜埠河3个向斜，组成相间平行排列。背向斜轴向为60°—80°。褶曲类型自北西——南东由正常褶曲渐变为倒转褶曲，各褶曲面均倾向东南。
二、断裂
以源潭——牌楼一线(郯城——庐江深断裂带南段)为界，县内东南部未有断裂显示，西北部断裂层相当发育，主要有北东和北东东向2组断裂。
北东向断裂，主要包括3个断层：
源潭——牌楼深断层是县境内主干逆冲断层。发育典型，呈直线状展布。长为50公里以上，宽为20—30公里。断层走向45°—50°。其中，乌石堰以南——野寨断层面趋于直立，可见上部倾向南东，下部倾向北西；乌石堰——源潭正断层面倾向南东，野寨以南逆冲断层面倾向北西。地表为一系列北东走向的山脉。
水吼岭——龙井关断层平行展布于主干断层西侧。断层走向45°—50°。断层面倾向北西。断裂程度由北向东减弱。断层两侧岩石破碎，下盘破碎更甚，形成百余米宽的硅化糜梭岩带。岩脉沿北东向发育。沿断层线的地貌表现为平直深谷。
菖蒲——黄柏断层为主干断层北西侧的次级断层，自西向东经逆水畈——黄柏——横河街和主干断层在桐城县斜交。与水吼岭——龙井关断层斜切，和北北东向断层及脉岩互切。断层走向60°—70°，呈扭曲状。沿断层线地貌表现为平直深切的河谷。该断层和矿产关系密切，白云母、蛭石矿点云集，有铜、铅、锌等矿。
北东东向断裂，主要有2个断层：
官庄断层位于官庄附近，为递平移断层，断层长25公里，宽3—4公里，北端倾向南东东，南端倾向北西西。该断层带内发育有9条走向为10°—30°的断层和密集的石英正长班岩脉。其断层和岩脉长一般为4—7公里，少数超过10公里。沿断层面地貌多为沟谷或突起的“岩墙”。
走马岗断层位于桐城——乌石堰深断裂和水吼岭——龙井关断层之间。为北北东向递平移断层，长4—7公里，断层面倾向南东东，断层走向为25°—30°。和该断层伴生的次级断层有1组，呈北西西向，与主断层直交，长2公里；与该断层斜交的有1条3公里长的正平移断层，沿断层线有动力变质岩发育。