一、地质
市区在大地构造上，位于华北陆台东南部，属河淮台向斜，前震旦纪(距今12亿年前)变质岩构成市区地质结晶基底，震旦纪(距今10亿年前)、寒武纪(距今5.7亿年)、奥陶纪(距今5亿年)时代，市区均为浅海相地层，奥陶纪中期，(距今4.8亿年)以后，市区所在地上升成陆。石炭、二迭纪(距今2.5—2.8亿年间)，为海陆交相砂岩夹煤系地层。三迭纪(距今2.25亿年)后期发生褶皱，新生代(距今7000万年)以来，整个华北陆台东南部强烈沉降，其中第三纪(距今6000万年)地层以岩石碎屑为主，第四纪(距今300万年)地层为多元结构的冲积成因型的松散堆积物。
市区是新生代的巨大凹陷盆地的一部分，新生代以前基底构造比较复杂，与华北断拗相联，基底无出露，平原被第四系复盖，自上而下有全新统Q4(距今1万年前)松散堆积，厚约40—50米，分上、中、下三段；上段属现代河流堆积，多为棕红色亚粘土及黄色亚砂土和粉砂，厚约2—5米。中下段各有一期古河道带发育，组成二元结构。上更新统(距今300万年前)厚约10—100米；中下更新统(距今200—100万年)厚约200—400米。总之，市区地质构造是以古河道为主的河湖相沉积。
市区处在郯庐断裂带(山东郯城至安徽庐江)的凹陷上，属8度地震区。
二、地貌
市区自然地貌属平原型。依其成因属堆积平原中的黄泛平原型。由于黄泛平原是黄河历次决口泛滥沉积而成，故其地貌特征与正常的流水地貌有所不同。由于黄泛时泛流紊乱。沉积无序，其间泛流交接地主流微高地等微地貌类型错综复杂，呈现出“大平小不平”的特征，由于地下水与河水相互补给频繁，因此市区地表的黄泛沉积物一般不存在盐碱化现象。
城区地貌基本上属于颍河黄泛平原亚区的一部分。地貌类型主要为泛滥缓斜地及一部分有薄层黄泛覆盖物的河间缓斜地，由于距黄河故道甚远，因此黄泛沉积物相当薄，是发展农业集约化的理想地区。市区颍河闸以下的颍河沿岸又属于中部河间平原区的洪颍河间平原亚区，由于是黄泛低洼地，所以洪涝灾害容易发生。