牟平县处于胶北古隆起的中部，为长期隆起地带。县内出露的地层以下元古代胶东岩群的各类变质岩为主。自上元古代至晚第三纪，一直处于隆起上升状态。遭受风化侵蚀，没有接受沉积。直至新生界第四纪中更新世开始有各种堆积层，其分布及厚度，较明显地受地理条件的控制。
一、新生界第四系
境内第四纪地层主要为中上更新世的残积物、坡积物、洪积物、残积一一坡积物、冲积物、冲积一一海积物、 海积物、 风积物。
1．残积物：
主要分布于境内基岩构成的低山丘陵地带及侵蚀一一剥蚀台地区。 如王格庄、 观水、院格庄、刘家夼、水道、莒格庄、玉林店、大窑等乡镇的山丘上部，石质山岭以下。厚度一般只有1～2米。其岩性为粘质砂土，呈红色或黄色，其成份有基岩碎屑、黄褐色铁质，红土质和粘土等。碎屑呈棱角状，无分选性，无层理。
2．坡积物：
主要分布于平缓斜坡地带。如观水、玉林店、刘家夼等乡镇的山丘中上部。原为高地基岩的风化产物，依靠本身的重力，并借助于地表水的作用，堆积在山坡上。它常与残积物、冲积物或洪积物等形成过渡关系。由砂砾、亚砂土、亚粘土等组成，常具同斜坡平行的层理。
3．洪积物：
多分布于山间洼地和沟谷前缘的坡降转折地带。王格庄、宁海、大窑、姜格庄、龙泉等乡镇均有分布。主要由砾石、碎石、砂及粘土质物质组成，略具分选性和不清晰的层理。
4．残积一一坡积物：
主要分布于低山丘陵的缓坡地带，常介于残积物和坡积物之间，是境内分布最广泛的一种混合成因类型的沉积物。王格庄、观水、院格庄、刘家夼、水道、莒格庄、玉林店等乡镇分布较广。
5．冲积物：
主要分布于冲积平原和河谷平原。莱山、武宁、宁海、解甲庄、高陵等乡镇多有分布，其组成物质随离山区的远近而不同，有巨砂、砂砾、砂及粘土等。
6．冲积一一海积物：
主要分布于解甲庄、武宁、宁海、大窑、姜格庄、养马岛等乡镇沿海一带。其厚度各地不一，一般在25米左右，其岩性自上而下为：一是砂砾，砂以石英、长石为主，浅黄色和黑色矿物，粒径大小不等，磨圆度良好；砾石以片麻岩为主，直径1～10厘米，磨圆度良好，厚约11米。二是淤泥质粘质砂 土，灰褐和灰黑色，含有较多的细粉砂及腐殖质，粘塑性较差。
7．海积物：
主要分布于现代滨岸海滩，以及滨海低地，其厚度最深达10米左右。其岩性自上而下为砂石、浅砾、淤泥粘质砂土。
8．风积物：
境内的新老沙坝、海滩，普遍经过风的改造，在其上面形成断续分布的风积物。形态上常表现为完整的新月形砂丘、砂垄和砂地。
二、中生界白垩系
1．下白垩系青山组：
下白垩系青山组第二段分布在埠西头乡东南和西南部。下白垩系青山组第一段分布在埠西头乡北部和莱山镇西部。岩相及厚度纵向变化较大。岩性为灰绿、灰紫色安山岩等，厚度为195~2482米。
2．上白垩系王氏组：
上白垩系王氏组第二段分布于观水村和崖地村一带。本段出露最广泛，超覆第一段，主要岩性为粉砂岩、粉砂质粘土岩等，厚度大于2581米。上白垩系王氏组第一段分布在大石疃、西留疃、矫家长治一带。主要岩性为紫红、紫灰色，厚层砾岩、砂砾岩夹薄砂岩等，为氧化环境下洪积相粗碎屑沉积物，厚度稳定，为293~32l米。其岩相及其厚度变化很大，多属河相沉积，顶部夹有玄武岩，局部地区含油页岩。
三、中生界上侏罗系莱阳组
莱阳组为一套河一一湖相陆相碎屑沉积物。自上而下分四个段，境内仅见第四段，主要分布在冶头、孔辛头一带。属河相及山麓堆积，受局部构造控制，厚度及岩相变化大。山谷中心沉积厚度较大，山谷边缘沉积厚度较小。
四、下元古界胶东群
牟平位于胶东隆起区胶北隆起中部，西南与胶莱凹陷相接，以古老变质岩系为主，为下元古界胶东群。主要岩石以片麻岩类、变粒岩类、角闪岩类为主，夹有结晶片岩、钙镁质大理岩、石英岩类，为一套中深变质岩，岩层岩相横向变化较大。
境内主要属胶东岩群第二岩组，共分两个岩段：
第二岩段第三层分布于辛安、岳家庄一带，武宁乡王家庄周围。以含石墨片岩、夹石墨变粒岩为主。第二层分布于大黄豆山和沟头店一带，宁海镇南沟、金岭一带，高陵镇郭家等地。以各种大理岩、 片岩、透闪岩为主。第一层分布于大窑乡蛤堆后、姜格庄镇紫岘口、 解甲庄镇结子沟等地。 以片岩、变粒岩、长石石英夹透闪岩、透镜状大理岩为主。
另有第二段不能划分的部分，分布于宁海镇金龙庄、金岭和崔家庄一带，养马岛镇驼子、埠西头乡杨家沟、武宁乡张家村、大窑乡西山北头、龙泉乡小天山等地。这一部分岩层，以岩性复杂的碳酸盐岩发育(含大量石墨，并赋存交代式铁矿石)为特征。
第一岩段分布于刘家夼乡东蒋家、和尚帽子山一带，玉林店乡小宅、埠后村一带，莱山镇董家庄、大窑乡天齐夼、龙泉乡庙山前、王格庄乡鱼石口子等地。岩性简单，主要是黑云斜长片、角闪黑云斜长片和石榴石黑云斜长片麻岩及斜长角闪岩。