通州市的地质构造属下扬子台褶带，为其中的南通—勿南沙中新生代相对隆起区，是新构造时期的徐缓沉降区，长期为海洋所据。区内由北东向和北西向的背向斜带互相贯通：北东向的背向斜带由西北而东南，有平潮—马塘断凸背斜带，南通城区—兴仁—五总—如东向斜带，狼山—北兴桥—兵房断凸背斜带；呈北西方向的有双甸—金沙—海门断凹带。断凸一般能揭示较老褶皱的上古生界到下三迭系的地层，而在断凹中为中生界的火山岩和杂色陆相碎屑岩。

断裂构造按其走向大至可分为东西向、北东—北北东向、北西向几组：南通—吕四断裂带为东西向，是区内最大的断裂带，贯穿通州市中部，延伸80公里以上，宽度约15公里；其岩性为闪长岩体、花岗岩体和矿化带，反映了较大的断裂深度。

南通港—石港—马塘断裂带为北北东向，宽约4～5公里，区内长约40公里以上，向北东延伸至南黄海中；其岩性北西侧为闪长岩、辉长岩的侵入体以及火山角砾岩，南东侧为三迭系灰岩。在平潮—新联间也有性质类似的北北东向断裂。北北东向的还有营船港—袁家埭断裂、韩湘坝—油榨断裂、九圩港—陈桥断裂等，它们与狼山西侧断裂相似。

金沙—海门北西向断裂带，由四安—天补镇断裂和金沙—三厂镇断裂等组成，呈隐伏的白垩系断陷谷地。此外，还有十总—麒麟镇附近也存在北西向断裂。在曹公祠—通海、平潮—新坝间，还存在北西西向断裂。

以上断裂为强烈的地壳运动造成，发生在古生代晚期至中生代早期之间，使扬子地区已沉积的一些地层倾斜弯曲，褶皱上升，并产生断裂。

通州市地层结构为江南地层区中的苏州—长兴地层小区，土层深厚，总厚度一般在300米左右。自地表向下3米，一般为黄色亚粘土层；3～5.5米，为亚粘土层或轻亚粘土层；5.5～9米，为粉砂土夹粘土薄层；9～13米，为灰色细砂土层，中间夹有淤泥质透镜体，厚度0.6～0.7米不等；13～290米之间，为粉砂、粘土、中砂、粗砂反复更迭的地层；290米以下，为砂岩风化层。各个地层的地耐力每平方米为：耕作层9～10吨，亚粘土或轻亚粘土层15～20吨，粉砂土夹粘土层14～18吨，淤泥质土层9～10吨，细砂土层29～42吨。工程地质属中部古长江条件优良区。一般建筑天然地基，以表层轻亚粘土层作持力层。而重型建筑桩基，以粉砂、细砂层作持力层，可保持工程的稳固性。

全市地面高程（废黄河高程，下同）在2～5.4米之间，西北部较高，东南部较低，以西南部沿江和东部近海一带为最低。全境水网密布（西北部最为明显），沟渠多数为人工开挖，少数为天然河道。具体分为3个平原区。

古沙洲平原区  在市中南部，以原通吕水脊形成的土地为主，加上清雍正、乾隆年间江边淤涨的沙地。其范围在老运盐河以南，包括通吕和通启运河两岸，即兴仁、金沙、二甲三镇的大部和通海地区全部，以及五接、平潮镇的南部，面积约286平方公里。地势从通吕运河一线略向南北两侧倾斜，一般地面高程3.8～4.2米。平原西部为五接及平潮南部的沿江圩田，地势低洼，地面高程2.2～2.4米，内部圩塘稠密。平原南部多为沙田，地势北高南低，一般地面高程3.0～3.6米。

古河汊水网平原区  在市境西北和北部，即老运河以北、范公堤以西地区，包括石港、刘桥、西亭、四安四镇和平潮、平东二镇的北部，兴仁、金沙二镇的北部与骑岸镇的西部，面积约610平方公里。一般地面高程4.0～4.5米，自西北向东南逐步倾斜。局部高地石港镇的栾甸村与四港村间达5.9米，而小部分低荡田如刘桥镇新中村南仅3.1米。内部沟港较多，布局比较紊乱，为古代泻湖痕迹。

海积平原区  在市境东北部，即范公堤以东、以北地区，包括十总、三余二镇和骑岸镇的东部以及五甲、东社、二甲三镇的北部，面积约455平方公里。地势范公堤以东为西高东低，以北为南高北低。一般地面高程3.8～4.2米，最低处为三余镇海晏村北部，仅2.5米。历史上受海潮冲刷漫堤影响，仍留有古海湾残迹。