Вся територія Хмельниччини – це припіднята рівнина, проте на ній зустрічаються різні форми рельєфу. Серед них плоскі й хвилясті височини, широкі долини і вузькі каньйони, пологі схили та круті уступи, окремі пагорби, горбогірні масиви. Така різноманітність рельєфу зумовлена особливостями тектонічної будови і геологічного розвитку території, поширенням різних гірських пород.

 Хмельницька область розташована в південно-західній частині Східно-Європейської (Руської) платформи на межі двох її тектонічних структур – Українського щита і Волино-Подільської плити. Український щит є найдавнішою ділянкою земної кори на території України і найбільш піднятою частиною фундаменту платформи. Він складений сильно зміненими магматичними і метаморфічними кристалічними породами, які утворились в архейській і протерозойській ерах (т.з. докембрійський час) і мають вік 3,5 - 0, 57 млрд. років. Гірські породи щита дуже зім'яті в складки і розчленовані численними розломами на блоки різної величини. Найдавніші (протерозойські) розломи розкололи щит на п'ять найбільших блоків, крайній західний з яких – Волино-Подільський – лежить в основі східної частини області. У свою чергу він розділений на два менші блоки – Подільський і Волинський – пізнішим розломом, який проходить у широтному напрямку дещо південніше Шепетівки.

 Подільський (південний) блок є жорстким; внаслідок тектонічних рухів він сильно піднявся. Складений в основному архейськими породами – гнейсами, кварцитами, гранітами, діоритами, гранодіоритами. В східній частині області ці породи залягають на незначній глибині під шаром досить молодих відкладів, а в долинах Південного Бугу, Случа та їх приток (Вовк, Бужок, Іква, Ікопоть, Деревичка, Хомора) виходять на поверхню.

 Волинський блок протягом усього протерозою був досить рухомою частиною земної кори, внаслідок чого він подробився на менші блоки, які сильно опустились. Один з них – Шепетівський – складає північно-східну частину Хмельниччини. Він утворений архейськими і протерозойськими породами (гнейсами, мігматитами, гранітами), які всюди виходять на поверхню між ріками Корчик і Случ.

 Кристалічний фундамент платформи, який сильно піднятий у районі щита, круто опускається в західному напрямку і занурюється під товщу молодших осадових відкладів. Таким чином, західний схил Волино-Подільського блоку щита стає східним бортом Волино-Подільської плити. Глибина залягання кристалічного фундаменту в межах області змінюється від 0-100 м (приблизно на лінії меридіану м. Хмельницький) до 1000-1500м (в долині р. Збруч). Докембрійські породи фундаменту плити виходять на поверхню вздовж крутих берегів Дністра та його лівих приток від південно-східної межі області до долини р. Тернава.

 Внаслідок давніх тектонічних рухів фундамент Волинсько-подільської плити також розколовся на ряд блоків, а сама плита неодноразово опускаючись, ставала морським дном. У морських басейнах відбувалось інтенсивне нагромадження осадових відкладів з органічних решток і знесених із суші уламків гірських порід. Наступи моря спостерігалися у першій половині палеозою (кембрійський, ордовицький і силурійський періоди), в кінці мезозою (крейдовий період), в кайнозої (палеоген, неоген). В інші періоди плита піднімалась, ставала сушею: відбувалось руйнування верхнього шару порід під впливом зовнішніх сил. Відкладів цих періодів на території області майже не виявлено.

 Отже, осадовий чохол Волино-Подільської плити складається з шарів кембрійських, ордовицьких, силурійських, крейдових, палеогенових та неогенових відкладів. Усі шари, крім палеогенового, є в південній і західній частинах області і в різних місцях виходять на поверхню на крутих берегах Дністра та його лівих приток. У східному і північно-східному напрямках нижні осадові шари поступово зникають, а молодші верхні все далі "насуваються" на докембрійські породи кристалічного фундаменту.

 Кембрійські відклади поширені вузькою смугою, східна межа якої проходить приблизно по лінії західніше Білогір'я, через Теофіполь, Базалію, Городок і далі на південний схід через Китайгород і Субіч пісковики кембрійського часу виходять на поверхню.

 Ордовицькі відклади мають невелику потужність, складені кварцовими пісковиками, а в Придністров'ї – також вапняками. Виходять на поверхню в долинах Дністра (від с. Гораївка до с. Демшин) і його приток – Руски, Студениці, Тернави.

 Силурійські відклади поширені із заходу на схід до лінії Білогір'я – Дунаївці – Ст. Ушиця. Представлені товщами вапняків, доломітів і мергелів. У цих відкладах можна знайти велику кількість решток різних давніх організмів. Породи силурійського періоду виходять на поверхню на берегах Дністра від с. Рогізна на сході до гирла Збруча на заході, в долинах Студениці, Тернави, Мукші, Смотрича, Жванчика та Збруча.

 Відклади крейдового періоду залягають на всій території області (крім окремих ділянок на сході і північному сході). Найпотужніший їх покрив спостерігається в басейні Горині, де нагромаджені товщі білої писальної крейди і крейдоподібних вапняків. Породи цього часу представлені також, пісками і пісковиками, опоками, а в Придністров'ї ще й піщаними вапняками. Різні породи виходять на поверхню в долинах Дністра, його приток, Горині та Вілії.

 Відклади палеогену виражені слабо. Вони поширені лише в північній (до широти Старокостянтинова) та східній (район Меджибожа, Деражні, Вовковинців) частинах області і представлені пісками, рідше пісковиками та мергелями.

 Неогенові відклади поширені майже на всій території області, мають значну товщину і різноманітний склад. Їх формування відбувалось здебільшого в басейнах Тортонського і Сарматського морів, окраїни яких покривали в неогені більшу частину області (за винятком найвище піднятих ділянок кристалічного щита). Свідченням цього є значне поширення вапняків, що мають органічне походження. Найпотужнішими є рифові вапняки, які вузькою смугою (від 2 до 6 км) простягаються на південному заході області. Формування бар'єрного рифу відбувалось в морі майже паралельно до його берега внаслідок нагромадження водоростей, верметусів, моховаток, коралів, морських їжаків та молюсків. При загальному піднятті Поділля, що відбувалось під час альпійського горотворення, на всій його території запанував континентальний режим, а бар'єрний вапняковий риф став горбистим пасмом, відомим як Товтри.

 До неогенових осадових відкладів належать також породи хімічного (гіпси і ангідрити на південному заході області) та уламкового походження (піски, пісковики, глини, мергелі).

 Неогеновий шар, перекритий континентальними відкладами, які сформувались в найновіший, четвертинний період внаслідок руйнування, перенесення та відкладання порід попередніх епох. Це відбувалось (і продовжується зараз) внаслідок вивітрювання, діяльності поверхневих і підземних вод, вітру, живих організмів.

 Четвертинні відклади утворюють на території області майже суцільний покрив потужністю до 30 м. Відсутні вони лише на крутих схилах каньйоноподібних долин Дністра та його приток, на скельних вершинах Товтр і виходах кристалічних докембрійських порід у північній частині області. До цих відкладів належать гравій, галька, піски, супіски і .суглинки в долинах річок, а також лесовидні суглинки і леси на межирічних вододільних ділянках. Лес – це однорідна, пориста, пухка порода палево-жовтого кольору. Леси покривають потужним шаром понад 80% території області; вони стали материнською основою для формування родючих грунтів (в т.ч. чорноземів).