دریای خزر گودالی است که در مغرب آن کوههای قفقاز و در جنوب آن سلسله جبال البرز و در شمال آن اراضی پست و هموار حوضه آبریز رود ولگا و در مشرق آن صحرای خشک و سوزان قره قوم و فلات اوست اورت قرار دارد. (آزاد، 1372، 25). تاکنون مطالعات زیادی در مورد دریای خزر صورت گرفته است. اما بخشی از مطالب مربوط به زمین شناسی مبهم و ناشناخته باقی مانده است. دریای خزر در ابتدای تشکیل اهمیت و وسعت زیادی داشته و با دریای سیاه و اورال و حتی با مدیترانه و اقیانوس منجمد شمالی در ارتباط بوده (درویش زاده به نقل از فورن، 1382، 78). دریای خزر، آرال و سیاه بقایای دریای وسیع تتیس دوران مزوزونیک هستند که در بین رشته کوههای چین خوردگی آلپ- هیمالیا قرار گرفته است.

و در دوره ترشیاری در اثر چین خوردگی های وسیع و تغییر شکل بعدی از هم جدا شدند. در محل فعلی دریای خزر در دوران پالئوزوئیک و مزوزوئیک دریاهایی وجود داشته که در دوره های بعدی به ویژه در قسمت شمال شرق آن بر اثر عقب نشینی آب یا بالا آمدن زمین قطعات نسبتاً بزرگ خشکی به وجود آمده و بر عکس گودال جنوبی منطقه به طور مداوم زیر آب فرو می رفته است. (موسوی، 1380، 13). از اواخر کرتاسه تا حال حاضر منطقه وسیعی، که مشتمل بر دریای اژه،دریای سیاه، منطقه قفقاز، آذربایجان، دریای خزر، دریاچه آرال و منطقه کپه داغ است، بی ثبات بوده و حرکات تحت الارضی همیشه در آن وجود داشته است. این حرکات سبب فرو رفتگی ها و برآمدگی ها همراه با گسلش هایی بوده و زلزله هایی مانند زلزله معروف قوچان، عشق آباد، جاده هراز، رودبار را، که اکثراً معلول همین حرکات خشکی زایی است، سبب شده اند. (همان منبع). از اواسط میوسن دریای خزر، سیاه و منطقه بین آنها از اقیانوس تتیس جدا شد و تبدیل به حوضه داخلی آب لب شور گشته است. در دوره پلیوسن دریای سیاه و دریای خزر از یکدیگر جدا شدند. به این ترتیب ملاحظه می شود که تغییرات همراه با حرکات زمین ساختی در منطقه وسیعی تدریجاً باعث فرو رفتن دریای اژه و دریای سیاه و بالا آمدن منطقه قفقاز و البرز و پایین رفتن قسمت جنوبی دریای خزر و بالاخره بالا رفتن دریاچه آرال در شمال شرقی دریای خزر شده است.

دریای خزر از پلیوسن بالایی تا کواترنر با پسروی و پیشروی های چندی همراه بوده که بیش از همه به دوره های یخچالی و بین یخچالی مربوط است، طوری که در اواخر کواترنر پیشین سطح آب حدود 75 متر نسبت به امروز بالاتر بوده است. (همان منبع). اصولاً فرو رفتگی خزر تحت تأثیر عملکرد گسل هایی است که می توان آن را به عنوان بخشی از ژئوسنکلینال مدیترانه در نظر گرفت.    در حاشیه جنوبی کوه های البرز و در حاشیه جنوب غربی و غرب آن کوه های تالش قرار دارند. کوه های البرز به صورت یک آنتی کلینوریم بوده و در عین حال با شکستگی ها، گسل ها و روراندگی های مهم همراه است. این گسل ها با ساحل فعلی دریای خزر موازی اند و در امتداد همین گسل هاست که کف دریا در حال فرونشینی و بعضاً بالا آمدن است.

روند رشته کوه های تالش با جهت شمالی- جنوبی و البرز با جهت غربی- شرقی نتیجه عملکرد برخورد صفحه اقیانوسی بستر سخت خزر با صفحات قاره ای فلات ایران، روسیه، قفقاز و توراناست. که در اثر فشارهای وارده جهت آنها به شکل کنونی درآمده است.

ریخت شناسی کف دریای خزر در سه قسمت شمالی، مرکزی و جنوبی ناهمگون بوده و مورفولوژی ناهنجاری بر آن حاکم است. این ریخت شناسی سبب شده که پراکنش و گسترش رسوب هایی که توسط عوامل فرسایش وارد این دریا می شوند نیز ناهماهنگ باشند. حد نهشته های کم عمق و عمیق به طور کامل از یکدیگر مجزا نیست.

سالانه حدود 90 میلیون تن رسوب وارد دریای خزر می گردد، که به طور عمده توسط رودخانه ها، به ویژه رود ولگا، صورت می گیرد. از میان رسوبات، سیلتبیش از بقیه است و به همراه رسوبات دیگر مانند ماسه، رس کربناتی دانه ریز ضخامت قابل توجهی را تشکیل می دهند. سیلت ها مربوط به دوره کواترنرپسین (پلیوستوسن) هستند که این دریا در حال جدا شدن از دریاهای سیاه و مدیترانه بود. ضخامت نهشته های نرم بستر دریای خزر از 40 متر در نقاط شمالی و مرکزی تا 1200 متر در بخش جنوبی برآورد می شود. این رسوبات بر روی پی سنگ زمان های مختلف زمین شناسی قرار دارند.