一、地层
临泉县地层区划属于华北地层区淮河地层分区。区内发育上白垩纪和第三纪、第四纪地层，且除第四纪上更新世、全新世地层出露地表外，余均隐伏地下。
1、白垩系上统(K2)
分布在长官店～高塘集一线以南地区。主要为一套砖红色、棕红色泥岩、砂岩、砾岩。厚度大于120米。
2、下第三系(E)
分布在迎仙店～长官店～高塘集一线以北地区。缺失渐新统。主要岩性为褐色、灰棕色或深棕色与浅红棕色细砂岩和泥岩、粉砂质泥岩互层。顶板埋深850～1200米。厚1792～2100米。
3、上第三系(N)
区内广泛分布，顶板埋深一般100～180米，总厚1059～1089米。
中新统(N1)：下部为灰、灰绿色泥岩与泥质粉砂岩互层；上部为浅灰绿、浅棕灰色细砂岩，含砾粗砂岩和砂岩，厚305米。
上新统(N2)：下部为浅棕黄色厚层粉砂岩，砂质泥岩夹细粉砂；上部为灰绿色、浅棕黄色粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层、棕黄色细砂、含砾中粗砂。厚754～784米。
4、第四系(Q)
出露地表，覆盖县境，自更新统至全新统均有发育。总厚100～150米。
(1)下更新统(Q1)
岩性：下段以棕红、棕黄色粘土、亚粘土为主，夹薄层浅黄色粉细砂、粉砂，局部钙块富集；中段为棕黄色亚粘土、深灰色淤泥质亚粘土与灰黄色泥质粉砂、细砂、亚砂土互层，底部铁锰结核富集；上段主要为灰黄色细砂、粉砂、中细砂、含砾中粗砂与棕红色、青黄色亚粘土互层，富含钙质结核。顶板埋深60～80米，厚20～70米，并自南向北变厚。
(2)中更新统(Q2)
岩性：下段为棕黄色、浅棕红色亚粘土与灰黄、青黄色亚粘土、亚砂土互层，底部多为棕黄红、灰黄色细砂、粉砂及亚砂土，含钙质结核和铁锰质结核；上段为青黄色、棕黄色亚粘土与亚砂土互层，其间局部夹薄层细砂和粉砂。顶板埋深30～40米、厚30～50米。
(3)上更新统(Q3)
出露地表，分布于广大的河间地区。
岩性：下段上部为灰黄色亚粘土及灰黑色淤泥质亚粘土，下部为灰黄色细砂、粉细砂及粉砂；上段顶部为青黄色亚粘土，中部为灰黄色亚砂土、粉细砂，底部为灰黄色粉细砂。本统含较多的铁锰质结核。厚30～40米。
(4)全新统(Q4)
出露地表，分布于洪河两岸，主要为灰黄色亚砂土，为河流泛滥堆积物，最大厚度5米左右。
二、构造
在区域地质构造上，位于中朝准地台华北坳陷南缘界首坳陷中的临泉凹陷，境内有两条隐伏的东西向断裂通过；北部为洞山逆断层；南部为张集逆断层。
洞山逆断层：于北部县界附近通过。断层面倾向北，北盘上升，南盘下降。断层发生在蚌埠～凤阳期后，至第三纪活动已不显著。
张集逆断层：为物探推测断裂，可能是颍上断裂的西延部分，东从阜南县入境，经张集西延出境。断层面倾向南，南盘上升，北盘下降。
作为新构造运动迹象之一的地震活动，在本区也有所表现。1975年发生过两次地震，震级分别为厘氏1.6和1.5级，震中分别在韦寨西北部(北纬33°00′，东径115°12′)和杨集附近(北纬32°54′，东径115°18′)。