本鎮山區地層屬於漸新世到中新世地層約二千五百萬∼三千八百年萬之間的大桶山層粗窟砂岩和乾溝層，大多是硬頁岩、板岩、千枚岩等輕度變質岩層及一些砂、頁岩及含煤質頁岩，臨海的平原則是現代沖積土。頭城河以南地帶有後背溼地 (即沙丘的背後有沼澤地) 及沙丘脊寬度約二○○∼三○○公尺。整個地形是背山臨海，山脊線從三○○公尺至九○○公尺之間。著名的山峰及地質如下：　　 　

* 福隆山：標高四七三公尺，有一顆圖根點，展望相當良好。

* 草嶺山（又名桶盤堀尖）：標高四五○公尺，亦有一顆圖根點，遠望太平洋，渺遠龜山島如在霧中，忽隱忽現，雄偉壯麗。

* 灣坑頭山：海拔六一七公尺，有二等三角點1181號及三等三角點1094號各一顆。山勢宏偉突出，臨海一面，林幽木深，陡峭峻拔，另一面平緩斜伸，屬單面山景觀，優美至極。

* 桃源谷：標高五五八公尺，無基點，亦屬單面山地形，緩坡面為一綿延好幾公里短草如茵的大草原相當迷人，與北部陽明山國家公園擎天崗草原無異，故稱桃源谷，並可順登睏牛山、灣坑頭山、三方向山等。

* 金面大觀：北宜公路的最高點高五三八公尺，即北宜兩縣交界之處，可俯看整個蘭陽平原及散村景觀，太平洋上龜山島載浮載沈的特別地景，相當壯麗。

* 龜山島：乃一火山島，在頭城東方約十二公里處，全島東西長三點三公里，南北寬一點七公里，總面積約二點八平方公里，最高峰約四○一公尺有一顆一等三角點。龜頭向東，高二三九公尺，龜尾迤邐達一公里之遠，但高出海面僅三∼四公尺，其成因可能與基隆火山群有關。全島由安山岩組成，並分佈許多安山集塊岩和凝灰角礫岩。後火山活動仍在進行，故有硫氣孔和噴氣孔，屬更新世年代的活動。島的南側，因火山作用塌陷，岩石裸露，景觀特殊。島上有生長毛柿，是本省僅存的兩處野生毛柿地區之一。另一處在恆春半島山區。

* 鶯仔嶺、鶯仔頂：位於本鎮西南邊緣，前者高九四二公尺，有三等三角點1130號，後者高一○○一公尺，有一顆圖根點，山頂展望海景絕佳。

　　比較重要的海岸地形如下：

* 礁溪斷層海岸：本鎮屬東部斷層海岸的最北端，從台北縣貢寮鄉的萊萊鼻起沿著山麓線向西南方呈直線延伸；經過蘭陽溪中上游河谷，梨山、霧社、直到玉山北側，幾乎把台灣本島從中央縱切為二，稱為『比亞南』構造線，(比亞南B 山胞部落名稱)。因此本鎮的沿海平原均非常狹窄，只有接近打馬煙河口一帶平原始開展較寬。

* 石城潛水場：位於三貂角與石城之間，為潛水及海底攝影最佳去處。

* 海岸豆腐岩及波蝕棚：與東北角海岸地形類似，有小型單面山（由傾斜岩層因差異侵蝕而成），尤其是北關海濱公園（又名蘭城公園）突起海岸，是景觀焦點之一，這一帶海岸十分平直（主要是岩性均勻），大里附近海蝕平台尤為廣闊，其走向與區域性岩層走向接近平行，而且恰與東北季風方向相同，因此波浪侵蝕的力量不如基隆、鼻頭角到三貂角之間的海岸劇烈。而緩斜的岩層面上常有相交的節理出現，容易造成豆腐塊狀的地形。

* 大里、大溪、龜山是三個小漁村港灣，海岸凹入，乃是當地岩性較軟或斷層通過所致。