龙口市处在胶北隆起的中北部，北临渤海凹陷东侧。自震旦纪，地壳长期处于缓慢升降运动，到中生代，燕山运动、断裂运动与岩浆活动强烈，表现出地貌活化现象。市内以掖--黄弧形断裂为界，以南为隆起区。隆起部分以剥蚀为主，表层风化较强烈，风化深度一般可达2.0米，覆盖有基岩风化的残、坡积物近1.0米。出露的地层有古老变质岩系下元古界胶东群、上元古界蓬莱群和中生界下白垩系。隆起部分以北为断陷盆地，分布着新生界下第三系和少量上第三系，上部第四系松散沉积物广泛分布，厚度10～50米。
下元古界胶东群呈零星分布于诸由观镇东南，石良镇黄城集西、北和石良集南及文基乡、七甲乡、田家乡至下丁家镇一带，在大陈家、黄山馆等地亦有出露。原为栖霞复背斜北翼，因岩浆活动使原地层熔蚀而仅存小量残体。岩性有片麻岩夹斜长角闪岩、偶夹大理岩、黑云片麻岩、透闪大理岩夹变粒岩、偶夹石英岩。
上元古界蓬莱群辅子夼组石英岩、夹板岩分布于屺岛西端，表层岩石风化强烈，风化深度一般在1.0米以上，多呈岩块和中、粗砂；南庄组板岩分布于兰高镇欧头孙家西南至凤凰山一带；香夼组石灰岩主要分布在文基乡西北和诸由观镇东南一带。
中生界下白垩系青山组分布于兰高镇四平至凤凰山一带，出露面积约5～6平方公里。岩性为凝灰质碎屑岩、安山岩及小量英安岩。
新生界下第三系黄县组此系地表未有出露。分布于北部断陷盆地中，包括城关镇北南涧、北涧一带，中村镇吕格庄东部、羊岚镇天尊阜屯一带和乡城镇港栾村南部。上被松散沉积物覆盖，厚度为10～50米。岩性有砂砾岩、砂岩、泥岩、泥灰岩、油页岩、煤系等组成。系含煤和油页岩碎屑沉积而成，其中含有植物和介形虫化石。地层总厚度大于947～1200米。
新生界上第三系在黄县组上部见有小量分布，诸由观镇东台村东、羊岚镇徐格庄东和桑岛分布有玄武岩，与下第三系呈角度不整合接触，岩性为松散砂砾石，为半成岩。
新生界第四系最为发育，其分布面积占全市总面积的53.9%。有冲积，坡积、洪积、海积、洪积--冲积、残积、残积--坡积、海积--风积等。残积、残积--坡积分布在南部山前地带；冲积、洪积--冲积分布在北部断陷盆地和黄水河、泳汶河等河沿岸地带。沿海一带主要是海积、海积--风积。