一、地层
　　中山市出露地层以广泛发育的新生界第四系为主；在北部、中部和南部出露有古生界和中生界地层，主要包括寒武系、泥盆系、侏罗系及白垩系等；另外在北部还零星出露有元古界震旦地层。

　　元古界震旦系　属中山最古老的地层，主要分布在三角镇的鲤鱼山、独岗，黄圃镇的团范岗，小榄镇的半榄、圆榄及大榄岗等地。岩性以深变质的石英岩为主，偶见有板岩。由于形成年代久远，且受以后各种地质作用的强烈影响，故大部分原岩的产状已难辨认。

　　古生界寒武系　属寒武系八村群，主要分布在中部火炬开发区一带、横门口附近，横门岛东部以及南部板芙镇的金钟、深湾和神湾镇的神湾、芒涌一带，三乡镇的南龙、佛子迳、雍陌以及坦洲镇的月环等地。这是一套浅海类复理石碎屑岩建造，普遍受区域性浅变质作用影响，主要由变质的砂岩、粉砂岩、页岩和少量炭质页岩组成，并含腕足类和头足类化石。大致可分为上下两部分:下部为浅灰色千枚状绢云母页岩、粉石岩、浅变质的灰白色石英细砂岩夹黑色变质页岩；上部为灰色、灰绿色石英砂岩、泥页质绢云母岩，上底部可见灰白色块状不等粒石英岩。

　　古生界泥盆系　属中泥盆统桂头组，主要分布在三乡镇五指山附近一带，为一套滨海或浅海的碎屑岩建造，与下伏古生代地层成角度不整合接触，以页岩、石英砂岩为主。该地层底部由灰白色厚层砾状石英砂岩、不等粒石英砂岩和石英细砂岩组成；下部以灰绿色、灰黑色石英细砂岩为主，并夹少量粉砂岩、砂质页岩和绢云母页岩；上部则由灰白色、灰绿、灰黄色绢云母页岩夹砂质绢云母页岩组成。本组地层含动植物化石。

　　中生界侏罗系　属上侏罗统高基坪群，主要分布在神湾镇铁炉山一带，为陆相及内陆湖泊相的火山岩建造，主要为酸性喷发岩和火山碎屑岩，间夹沉积岩。该地层下部为流纹斑岩、凝灰质角砾岩、熔灰质角砾岩、凝灰岩和石英斑岩；上部则主要为石英砾岩、凝灰质细砂岩、含炭质泥质页岩和熔岩质角砾岩。

　　中生界白垩系　该地层零星分布于沙溪镇象角狮山，黄圃镇石岭、马鞍岗，古镇大岗等地，为内陆湖泊相红色碎屑岩建造，主要为厚层浅紫红色砾岩、角砾岩及砂砾岩。

　　新生界第四系　在市境内分布广泛，按其成因类型分为残积层、冲洪积层、冲积海积层和海积层。

　　一是残积层。主要为花岗岩及其他岩石的风化土，分布于市境低山丘陵和台地，以棕红色—黄褐色砾质亚黏土为主。石英细砾的含量较高，可达15%—30%，局部为砾质黏土，越往下砂质越多。风化壳的厚度一般为20—30米。

　　二是冲洪积层。主要分布在五桂山低山丘陵台地区内的小河谷和沟谷，三乡镇平岚以北到雍陌以西一带以及坦洲镇申堂和月环等地。以褐黄色中或粗砂、砂砾、角砾为主，含泥质，一般厚度为8—15米。申堂附近一级洪积阶地的砾石以5—19厘米占多数，平均磨圆度仅1.6级。

　　三是冲积海积层。市境内分布面积最广、范围最大的第四纪沉积，占全市第四纪沉积面积的90%以上。主要分布在平原地区，构成海拔2米左右及以下的坡度平缓的海积冲积平原。该地层组成以灰黑色淤泥、亚黏土及部分灰白色细砂、粗砂和砂砾为主，一般厚度在10—20米，最厚可达60米以上(黄圃镇横档附近电测厚度为65米)，层内普遍含有蚝壳。

　　四是海积层。主要分布于南朗镇龙穴至下沙沿伶仃洋岸一线，以黄灰色细砂—粗砂为主，组成了绵延十多公里的砂堤砂地。砂堤外侧多为淤泥岸滩。

二、侵入岩和变质岩
　　侵入岩　以中生代燕山期侵入岩为主，并有部分加里东期侵入岩。

　　一是燕山期侵入岩。广泛分布于五桂山和竹篙岭低山丘陵台地，另外在北部黄圃、三角镇和南部坦洲镇也有零星出露分布。按其侵入时期可分为燕山二、三、四、五期侵入岩。燕山二期侵入岩在平岚以北的白石坳附近有小面积出露，岩体侵入于寒武系八村群中，为石英闪长岩。另外，在大涌镇卓旗山以南一带也有出露，为花岗闪长岩。燕山三期侵入岩是侵入范围最大、出露面积最广的侵入岩，以中细粒黑云母花岗岩为主，是构成五桂山低山丘陵的主体，称为五桂山岩体。岩体北部侵入加里东期混合花岗岩，以中粒花岗岩直接与围岩接触；南部侵入寒武系八村群之中。边缘相宽约500米，为细粒斑状花岗岩和细粒花岗岩。岩体两面则在卓旗山一带与燕山二期侵入岩成侵入接触。除五桂山岩体外，燕山三期侵入岩在北部阜沙和黄圃的横档、乌珠、牛岗等地以及南部竹篙岭、神湾的丫髻山、坦洲的坦洲山、孖洲山等地也有出露分布。燕山四期侵入岩出露面积不大，仅在五桂山主峰附近以及福获和南朗的合里、合外，三乡的萧家村附近有出露，以黑云母花岗岩为主。燕山五期侵入岩主要出露于横门岛以及云梯山、黄牛寨、天葬坟、大尖山和古香林一带，以花岗斑岩为主，侵入于燕山三期花岗岩和寒武系八村群地层中。

　　二是加里东期侵入岩。中部由石岐附近开始，经东区的牛起湾，火炬开发区的濠头、白庙、新村，一直到小隐、横门口一带，呈带状不连续分布。另外在神湾的南坑一带也有出露。北部加里东期侵入岩侵入寒武系八村群地层，并与较晚的五桂山岩体呈接触关系。南部仅侵入寒武系八村群地层中。加里东期侵入岩以酸性岩浆为主，往往与围岩产生同溶作用而形成一套颇为复杂的混合岩，称为加里东期混合花岗岩。

　　变质岩　中山变质岩大致可分为三种类型。

　　一是区域变质岩。由区域变质作用形成，时代愈老的岩石变质程度愈深。市内元古界地层原岩以砂岩为主，经历次变质作用的影响多形成变质程度较深的石英岩。寒武系八村群受区域变质作用多形成石英岩以及混合花岗岩等变质岩。

　　二是接触变质岩。主要位于燕山期花岗岩侵入体与沉积岩接触带和各期侵入岩的接触带附近。在南部丫髻山一带的寒武系地层可见由热变质作用而形成的广泛角岩化及硅化岩。五桂山主峰附近燕山四期侵入岩与三期侵入岩的接触带上，可见较普遍的云英岩化作用而产生的变质岩。

　　三是动力变质岩。主要分布在五桂山南断裂淇溪—石门一线的断裂带内，可见有断层角砾岩、糜棱岩等动力变质岩。

三、区域地质构造
　　中山市的地质构造体系属于华南褶皱束的粤北、粤东北、粤中坳陷带内的粤中坳陷。粤中坳陷又分为若干个隆断束，中山则位于其中的增城—台山隆断束的西南段。

　　断裂构造　市境内断裂构造发育，分布广泛而且出露较清楚。按其走向可分为北东向、北北东向、北西向和东西向数组。

　　一是北东向断裂。联石湾—申堂—唐家断裂，西起联石湾，向东北经申堂由唐家附近入金星湾(官塘环)，市境长度12公里，走向约50°(方位角，下同)，倾向北西，倾角约70°；三乡—金星湾(官塘环)断裂，西起神湾，沿北东经三乡雍陌进入金星湾(官塘环)，长度22公里，走向50°—60°，倾向东南，倾角40°—70°；五桂山南麓断裂，西起麻斗，沿北东延伸经逸仙水库、石门、翠亨一带入海，长度30公里，走向50°—60°，倾向东南，倾角40°—70°；五桂山中部断裂，西起板芙，向北东经长江水库、白米山到横门岛,长度40公里，走向60°—70°,倾向北西，倾角40°—80°；五桂山北麓断裂，西起大涌，经石岐向东北延伸到火炬开发区以东，长约35公里，走向60°，倾向北西，倾角50°；古镇—南头断裂，是新会—市桥断裂的一部分，市境长度约20公里，西起古镇，经小榄、东凤、南头入顺德市，走向35°—40°。上述断裂大致形成于燕山早期，均为正断层，并具有分布广泛、出露清楚、变动强烈、等距产出(间距约6—8公里)等特点。

　　二是北北东向断裂。鸦岗—雍陌断裂，沿鸦岗、雍陌、南朗一线顺北北东方向延伸，长度约28公里，走向25°—35°，倾向东南—西北，倾角74°—86°；申堂—那洲断裂，西自申堂，中经古鹤，北东经珠海市那洲入金星湾，全长约28公里，走向30°，倾向北西，倾角60°。北北东向断裂规模也较大，常切割北东向断裂，早期活动具压剪性，近代则以张剪性为主，多属平移正断层。该组断裂与市境内温泉的形成和出露关系密切，三乡—金星湾(官塘环)断裂与鸦岗—雍陌断裂的交会点就是三乡雍陌温泉的出露地点(泉眼)。

　　三是北西向断裂。西江断裂，沿市境西侧磨刀门水道延伸，市境长度达45公里，走向325°—340°，倾向北东—西南，倾角大于70°；北台—深湾(沙岗)断裂，西自北台经湖洲至深湾(沙岗)一带，长度约12公里，走向352°，倾向北东，倾角40°—70°；申堂西侧断裂，出露于申堂一带，长约3公里,走向312°—314°，倾向东北，倾角40°—70°；北西向断裂，在市境出露不广，大致形成于燕山末期—喜山早期。

　　四是东西向断裂。西起东凤镇永益，东至浪网镇新农，大致呈东西走向。该断裂多隐伏于第四纪冲积层之下，基本上控制了市境北部第四纪冲积层下的震旦系、燕山期侵入岩与白垩纪地层的分界。

　　褶皱构造　由于市境内的沉积岩出露不多，且受断裂变动和岩浆侵入的破坏，因而褶皱构造多不完整，较明显的有两组:

　　一是深湾褶皱。位于市境西南深湾附近，略呈东西走向，由寒武系沙页岩组成，有正常的斜褶曲，也有倒转的褶曲，倾角变化很大，自35°—70°不等。褶皱东部为花岗岩吞噬，南部与五桂山南麓断裂相接。

　　二是雍陌褶皱。在三乡雍陌附近，由寒武系沙页岩组成，长约22公里，宽7公里。褶皱的西段是一个正常向斜，作北略偏东走向，北翼南倾，倾角30°—35°，南翼北倾，倾角40°。东段轴向北东走向，且变为数个向、背斜,并具正常形态,倾角35°—40°或更陡。该褶皱四面都被花岗岩吞噬，仅南侧部分可见有泥盆系不整合其上。

　　上述两组褶皱均形成于加里东期。此外，在三乡五指山附近的泥盆纪地层还可以看到由印支运动影响而形成的向斜残存，但形态不完整。