构造 全市地质构造属华北地台(Ⅰ)的一部分，聊考断裂带又将全市分为2个二级构造单元，其西部为辽冀台向斜(Ⅱ1)，东部为鲁西台背斜(Ⅱ2)。辽冀台向斜中有2个三级构造单元，即临清坳断区(Ⅲ1)和内黄隆断区(Ⅲ2)；鲁西台背斜中有1个三级构造单元，即茌平坳断区(Ⅲ3）。其次，自西向东又分7个四级构造单元：馆陶凸起区(Ⅳ1)、临清凹陷区(Ⅳ2)、新集凸起区(Ⅳ3)、莘县凹陷区(Ⅳ4)、桑阿凸起区(Ⅳ5)、阳谷凸起区(Ⅳ6)、东阿凹陷区(Ⅳ7)。区内分布许多断裂，其走向一般呈北东向。较大的断裂为聊考大断裂，其次有冠广断裂、冠县断裂、堂邑断裂、聊城断裂、茌平断裂、东阿断裂、馆陶断裂、马陵断裂，另外还有许多小断裂。聊考断裂，北自茌平，南至河南兰考，全长270公里，市内长度110公里，是市内辽冀台向斜与鲁西台背斜的分界线，同时控制着市内第三系的发育及构造形态的发展。冠广断裂，西自冠县，穿过聊考大断裂，东至广饶，全长290公里，市内长度约100公里。该断裂北盘下降，南盘上升。冠县断裂，北自临清石槽，南至冠县梁堂，与冠广断裂相交，全长约60公里，其北端是临清凹陷与新集凸起的分界线，南端是临清凹陷与桑阿凸起的分界线。堂邑断裂，自莘县董杜庄向西北延伸，经过堂邑，至博平与聊考大断裂相交，全长约73公里，其南盘为下降盘。聊城断裂，其东北在聊城交于聊考大断裂，西南在莘县河店交于堂邑断裂，全长约40公里，是北盘为下降盘的断裂。茌平断裂，为东盘下降的断裂。其北自茌平王老，南至阳谷七级，全市约55公里。东阿断裂，位于市内最东部，是西盘下降的断裂。其北自东阿高集，南至阳谷张秋，全长约50公里。馆陶断裂，位于市内最西部，该断裂将北馆陶构造一分为二，使断裂带两侧孔店组地层与奥陶纪灰岩接触。马陵断裂呈北西走向，全长约15公里，北东为下降盘。该断裂带是临清凹陷与河南内黄隆起的分界线。

地层 自晚第三纪以来普遍接受了上第三系和第四系的沉积，主要为黄河泛滥冲击物和洪积物，除东阿沿黄河一带不足50米高的10座孤山有古生界奥陶系灰岩出露处，其余均为新生界第四系所覆盖。第四系厚度一般为30~270米，以临清、莘县、高唐一带厚度较大。第四系包括全新统和更新统，更新统又分上、中、下更新统。全新统主要为冲积物和洪积物，沉积厚度7~25米，广泛分布于全市；更新统主要为河湖相沉积，厚30~260米。第四系以下有上第三系明化镇组、冠陶组；下第三系东营组、沙河街组、孔店组；古生界石炭二迭系、奥陶系、寒武系，还有古生界变质岩等。