Sinop'ta temel yapıyı paleozoik yaşlı başkalaşım kayaçları oluşturur. Boyabat ve Durağan ilçeleri çevresinde yer alan başkalaşım serileri doğu ve güneybatı doğrultusunda geniş bir alana yayılmıştır.

Türkeli-Gerze çizgisinin güneyindeki, üst kretase fliş ve kalkerleri vardır. Bu kesim genellikle kalin kumtaşı, marn ve marnlı kalker tabakalarından oluşmuştur. Ayancık ve Erfelek ilçeleri çevresinde yer alan eosen flişleri, ince tabakalalı, gevşek çimentolu, kumtaşı ve marn oluşumudur. Merkez ilçenin güneybatısında Karasu Vadi'sinde yer alan flişler neojen yaşlıdır. Bunlar, iri taneli konglomeralar ve grelerden oluşmuştur.

Sinop İli'nin batısında ve Gerze'nin kuzeyinde pleistosen yaşlı serilere rastlanır. Buralarda, kumlu ve killi yataklar, geniş alanlar kaplar.

Sinop Burnu'nda (Boztepe) ve Boyabat ilçesi'nin kuzeybatısında volkanik kayaçlar vardır. Bunlar üst kretase yaşlıdır.

Sinop ili genellikle sismik bakımdan aktif bölgeler dışında kalır. Ancak Durağan ve Boyabat ilçeleri I. derece deprem bölgesine girer. Kuzey Anadolu kırık çizgisi üzerinde yer alan Sinop İli genel olarak 4. derece deprem bölgesindedir. İl alanı genellikle II. Jeolojik zaman'da oluşmuştur. Yarımada, volkanik yapılıdır. Sülük Gölü eski bir volkanik kütledir.

Sinop Körfezi, karayla önündeki bir adanın birleşmesi sonucunda oluşmuştur (Tombolo). Bazalt ve andezit lavlarından oluşan bu volkanik serinin üstünde anglomeralar vardır. Bunlara, yarımadanın kuzeyinde ve güneyinde de rastlanır. Güneyindeki tabakaların eğimleri %15-20 arasındadır. Bazalt serilerinin eğimli oluşunun nedeni tektonik hareketlerdir. Bu alan, kretase sonlarında ve bütün neojende alp yükselmelerinden etkilenmiştir.

Yarımadanın batı ve kuzeybatısında 50-60 metre yükseklikte, kuzey ve kuzeybatı yönünde %45 kadar eğimli küçük kalker tabakalarına rastlanır.

Sinop İlinin kuzeyinde, Çukurbağ çevresinde dik yalıyarlar genellikle ve ters yönde eğimli kırmızı kum ve gre tabakalarından oluşmuştur. Bu kesimde kırılmaların etkileri açıkça görülür. Kıyı dalgaların aşındırmasıyla gerilemiş, küçük bir koy görünümü almıştır.

İl Merkezi yakınında 50 metre yükselti düzlüklerden başlayarak, neojen oluşumları yayılır. Bunlar güneyde ve batıda geniş alanlar kaplar.

İldeki kuaterner depoları çok farklı nitelikler taşır. Bu farklar, iç limandaki yalıyarlarda daha açıktır. Bu depoların üzerinde, kuvars çakıllarından oluşmuş konglomeralar yer alır. Daha üstte, geniş alanlar kaplayan kırmızı kum depolarında yer yer sert gre tabakaları görülür.

Dağlar

Sinop İlinin en büyük dağları doğu-batı doğrultusunda Karadenize paralel bir şekilde uzanan İsfendiyar (Küre) dağlarıdır. Fazla yüksek olamayan bu dağ sırasının üzerinde yer yer yüksekliği 1500-1800 m. arasında değişen tepeler, doruklar vardır.

İsfendiyar (Küre) dağları 3'üncü Jeolojik zamanın başlarında meydana gelen Alp-Himalaya kıvrım kuşağı üzerinde yer almasıdır. Bu dağların en önemli özelliği genç dağlar ve yüksek olmalarıdır. Eski dağlar kadar aşınmaya pek uğramamışlardır. Sinop İli sınırları fazla yüksek olmalarına karşılık iç bölgelerle kıyı kesimi arasında ulaşımda yıllarca zorluk ve güçlük çıkarmışlardır. İlimizin iç kısımlarla olan ilişkisinin, dağların sık ve devamlı olmasından gelişip büyüyemediğini görmekteyiz.

Küre dağları yörenin engebeli arazisini meydan getirir. Kuzeybatıda yükselen dağlar merkez sahillerine 9 km. yaklaşınca alçalır, kıyı ovalarını meydana getirir. Gerze sınırlarından itibaren tekrar yükselerek Bafra Ovasına ulaşır.

Dağlar il arazisinin % 74.3'nü kaplar. İl'deki en önemli dağ sırası Küre Dağları üzerindeki Zindan Dağı (1730 m) dır. Boyabat çöküntü alanının yanında yer alan Karaoluk Tepesi (1313 m) ve Kuzuluk Tepesi (1125 m) önemli yükseltilerdir. Kuzeye doğru gidildikçe, Sinop Yarımadasının güneyindeki; Sivrice Tepesi (1040 m) ve Dede Tepesi (1038 m.) göze çarpmaktadır.İl topraklarının en güney uçunda ise Alankaya Tepesi (946 m.) yer alır.

Karadeniz Bölgesinin Batı Karadeniz sistemine giren Küre Dağlarının doğudan batıya doğru önemli tepeleri; Sarıdökük Tepesi (1660 m), Çangal Dağı (1605 m.) ile Ayancık ilçesinde yer alan Zindan Dağı (17830 m)dır. Zindan Dağı aynı zamanda İl'in en yüksek noktasıdır. Küre Dağlarının üzerinde daha doğuda Göktepe (1375 m.), Durağan ilçesinin kuzeydoğusunda Soyuk Tepe (1455 m) ile Elmadağı (900 m.) yer almaktadır.

Yaylalar

Fazla geniş olmayan bir kıyı kesiminin ardından yükselen dağların üst kısımlarında yer yer ormanlarla çevrili yaylaları görmekteyiz, çevre insanlarının değişik isim verdiği bu yaylalar yazın serin suları, iklimi ve yeşil ot örtülüleri ile hayvancılık yapılan yerlerdir. Sürüleri ile bu yaylalara çıkan insanların buralarda 3-4 ay kaldıklarını ve hayvan ürünleri yaptıkları ve geçimlerini bu yolla kazandıklarını biliyoruz. Son zamanlarda yayla turizm olarak da düşünülen bu yerlerin ekonomiye büyük katkısı olacağını düşünebiliriz. En önemli yaylalar Mehmetli, Aluç, Dariözü, Yaylacık, Sakızlı, Yassıalan, Düdekoğlu, Sucuoğlu, Çan, Altınyayla, Kocaoğlu.

Ovalar

Dağlar arasında ve dağlarla sahil kesimi arasında kalan ovalar büyük düzlükler halinedir. En önemlileri Sinop ve Boyabat düzlükleridir. Boyabat ovasını Gökırmak, Arın, Gazidere, Asarcık düzlük ve ovaları vadileri meydana getirmiştir. Sinop Ovası ise, Erfelek, Aksaz, Sarıkum kıyı düzlüklerinden oluşmuştur. Gerze yöresinde Sarıyer-Kabalı Çayının meydana getirdiği Çakıroğlu Sarımsak Çayının meydana getirdiği Dereyeri, Kanlıçay boyunca uzanan vadi düzlükleri de kıyı ovalarına örnek gösterilebilir.

Vadiler

Boyabat-Durağan yöresindeki Kızılırmak vadisinin dışında büyük vadiler yoktur. Akarsuların kendi adını verdikleri bir çok küçük vadiler aynı zamanda bölgenin arazi yapısı karakterini özetlemektedir.

Deniz Kıyıları

Sinop, Karadeniz kıyılarının girintili ve çıkıntılı kıyılarıdır. Hopa'dan başlayan ve İstanbul boğazında sona eren Karadeniz kıyılarının hiç bir yerinde Sinop'taki kadar koy ve körfezlerle korunmuş limanlara rastlanmaz. Sinop kıyılarında Köşk, Kayser, Karakum, Selamet, Boztepe, Sinop, Feryat, Bozburun, İnce, Güllüsu, Usta adlarında bir çok önemli burunlar bulunmaktadır. İnce ve Boztepe burunları kendi adlarını taşıyan iki yarımadanın ucundadır. İnceburun aynı zamanda Anadolu'nun en kuzeyindeki uç noktasıdır. Burası bataklık, göl ve ovalıktır. Burada İnceburun Feneri yer alır.

Boztepe'ye halk sadece Ada der, üzerinde Sülük Gölü bulunmaktadır. Sinop ili bu yarımadanın kıstağındadır. Boztepe Burnunun ucunda fener ve sis düdüğü bulunmaktadır.

Koy ve körfezlere gelince bunlar burunlar kadar çok değildir. En önemlileri İçliman, Dışliman, Akliman ve Hamsıloz körfez ve koylarıdır.

Limanlar : Gerze, Sinop iç ve dış limanları, Akliman, Sarıkum ve Ayancık limanlarıdır.

Sinop kıyılarında (Sarı Ada, Kara Ada, Tavşan Adası) üç tane de küçük adacık bulunmaktadır. Bu adalarda insan yoktur. Yerleşilmiş değildir.

Sinop kıyıları doğu kıyılarımıza oranla dik ve sarp değildir. Yalnız Ayancık kıyıları engebeli, inişli çıkılışlıdır. Dağlar burada kıyıya paralel uzanmakla beraber, doğudaki kadar denize yakın değildir.

Akarsular

Sinop İlindeki irili ufaklı akarsularından bazıları Karadeniz'e bazılarıda güney sınırından geçen kızılırmak nehrine bağlıdır. İlin en büyük akarsuyu Kastamonu topraklarından çıkan ve birçok kolları batıdan doğuya akarak Durağan'ın güneyinde Kızılırmak nehrine bağlanan Gökırmak'tır. Uzun bir vadi boyunda akan ırmak Taşköprü ve Boyabat Ovaları'nı sular. Bu ovalar sulu tarımın yapıldığı önemi tarım üretim alanlarıdır.

Karadeniz'e dökülen çaylar batıdan doğuya doğru Çatalzeytin, Ayancık Çayları, birçok kollar olarak denize dökülen Kırkgeçit ve Sarımsak Çayları Karasu ve Gebelit Çayları önemli akarsulardır. Ağız kısımlarında deltalar oluşturan ve vadi boyu ovaları oluşturan bu çaylar İlkbahar ve kışın su seviyeleri yüksek yazları ise su seviyeleri azalan hatta zaman zaman kuruyan akarsulardır. Ancak tüm olumsuz koşullara karşılık vadi tabanları boyunca sulu tarımın yapılmasına imkan vermeleri açısından önemli akarsulardır.

Kızılırmak : İlin güneydoğu sınırlarını çizer. Yurdumuzun en uzun nehri olan Kızılırmak, büyük kollarından Gökırmak'ı Sinop'tan alır.

Tepeçay : Sinop'un Türkeli ile Kastamonu'nun Çatalzeytin ilçesi arasında sınır oluşturur. Denize döküldüğü yerde hayli geniştir. Akarsuyun taşıdığı alüvyonlarla oluşan deltası giderek büyümektedir.

Ayardin Deresi : 1.000.m. yükseltili Çatak geriş köyü yakınlarından doğar. Türkeli Ilçe Merkezinin hemen doğusunda denize dökülür. Uzunluğu 20 km. kadardır.

Ayancık Çayı : Küre dağlarından kaynaklanan çok sayıda küçük derenin birleşmesinden oluşur. Uzunluğu 90 km. kadardır. İlçe Merkezinden denize dökülür.

Karasu Çayı : Küre dağlarında gündüzlü ormanlarından doğar. Uzunluğu 80 km., Sinop'un 8 km. batısından denize dökülür.

Çakıroğlu Çayı : Dıranaz dağlarından doğar. Gerze - Sinop arasında Çakıroğlu yöresinde denize dökülür. Denize döküldüğü yerde bir delta oluşturur.

Kanlıdere : Uzunöz dağlarının eteklerinden doğar. Çok sayıda küçük kolu vardır. Çayağzı denilen yerde denize dökülür.

Göller

Sinop'ta sayıları az olmakla beraber küçük göller vardır. Bunlardan Sülük gölü, Sinop Yarımadası üzerindedir. Denizden 210 m. yüksekliktedir. Sarıkum Gölü de deniz seviyesinde bir göldür. Aksaz Gölü yarı bataklık halindedir. Karagöl ise denize seviyesinin altında bir göldür. Ayrıca Taşmanlı göleti ve Bektaşağa göletleri de sulu tarıma imkan veren gölcüklerdir. Tüm bu göllerimiz balık üretimine elverişlidir. (Sülük gölü dışında)

Yeraltı Suları

Bölgenin tümünü kapsayan yeraltı suları, etüdleri henüz yapılmamıştır. Ancak gerek D.S.İ. teşkilatı ve köy hizmetleri tafından çeşitli yörelerde etüdler yapılmış ve zengin yeraltı suları istifade edilir duruma gelmiştir. Gazidere, Kayaboğazı. Uluköy, Yaylacık yeraltı suları kaptaca alınmış, Çeşmigir, Sarayönü, Gökçeağaç Sakızı, Cuma Köy beldelerinin etütleri yapılarak burada zengin sualtı kaynaklarının bulunduğu tesbit edilmiştir.