济源地处华北地层区，先后经历过嵩阳、中条、王屋山、晋宁、加里东、海西、燕山、喜马拉雅等8次造山运动。特别是第三纪末喜马拉雅期的造山运动，市境西部和北部上升为王屋山和太行山，东南部凹陷下沉。西部、北部形成断块山地貌，褶皱和断层非常发育，太古界、元古界、古生界、新生界地层裸露地表，有岩浆岩、变质岩、沉积岩三大岩类数百种岩石，俨然是一部系统的、完整的地质史书。王屋山先后被评定为"国家地质公园"和"世界地质公园"。

　　（一）地质
　　地层　济源太行、王屋山区出露的地层，除缺失新元古界和古生界部分地层外，其余各时代地层都较齐全。其中尤以前寒武纪地层出露最为广泛，是河南省乃至华北地区较典型的"标准地层剖面"。

　　构造　济源的地质构造因受前寒武纪中条山"人"字形三叉裂谷和中、新生代太行山伸展抬升隆起带的相互影响，构造背景十分复杂，褶皱和断裂都很发育。

　　岩石　济源的王屋山、太行山岩石广泛发育，有岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类数百种岩石。它们颜色各异、性质不同、形态多姿、大小不一，是凝固在石头上的地质陈列馆，是进行地质科普教育的教科书。

　　（二）地貌
　　济源的总体地貌为北高南低、西高东低，北、西、南三面高，中间低。济源盆地为一个向东开口的"牛角川"。白北而南、自西而东依次表现为中山、低山、丘陵、盆地和平原几部分。境内共有大小山头2985座，横亘于华北平原和黄土高原之间。
　　济源地貌复杂，地势壮观。中山、低山、丘陵和平原相辅相成，构成了大山、大河、平原的壮丽景观。特别是中山区，起伏多变的远峰近峦，险峻恢弘的悬崖峭壁，深邃幽静的峡谷涧溪，动态各异的飞瀑灵泉，集雄、险、奇、秀、幽于一体，构成了这一地区地貌的基本特征。

　　（三）地震
　　济源地处华北地震区太行山前大断裂地震带的末端，历史上该地震带曾多次发生过里氏5级以上地震。济源虽未发生过里氏3级以上地震，但具有发震的地质构造。历史上，济源的地震活动震级小，频度低，无强震发生。但外区强震对本区有过影响，未造成灾害。