地质
塘厦盆地表层多为渗育型黏土和沙质土，往下1米处多是带黏性黄泥土或沙质红土（当地群众称其为“灰沙”，因可与石灰混合作建房之用），再向下一般是水石或灰黑色岩石。在四周起伏的山岭中，出露地层有下古生界震旦系、上古生界泥盆系、石炭系、侏罗系。
下古生界震旦系（Z） 在镇境有大面积出露，总体呈东北向展布，出露a、b两个岩性组。Za岩组由绿色片岩夹变粒岩、石英岩及大理岩透镜体，具混合岩化；Zb岩组由变质砂岩、粉砂岩、千枚岩组成，中上部夹火山岩；Z（未分）为变质砂岩、板岩及硅质岩。
泥盆系（D） 在塘厦有零星出露，主要有中统老虎坳组（D21）和上统帽子峰组（D3m），地层总厚大于160米。中统老虎坳组（D21）为浅海砂页岩，主要岩性为砂岩、页岩、砂质页岩，底部为砂砾岩；上统帽子峰组（D3m）属浅海相砂页岩，由石英砂与粉砂岩、粉砂质页岩互层，夹泥质灰岩。
石炭系（C） 在塘厦有零星出露，与下古生界呈断层接触，分为下统岩关阶（C2Y）、大塘阶石磴子段（C1ds ）及中上统壶天群（C2＋3nt）。下统岩关阶（C2Y）为浅海相砂页岩建造，其岩性下部为粉砂质页岩、钙质砂岩夹泥灰岩，上部为灰岩、白云岩化灰岩夹泥灰岩、炭质页岩组成，厚度175米。中上统壶天群（C2＋3nt）由海相碳酸盐岩建造的浅灰色块状灰岩、白云岩、白云质灰岩、角砾状灰岩组成，厚度大于170米。
侏罗系（J ） 镇境有部分出露，呈角度不整合于下古生代变质岩之上，分为下统金鸡组、中统漳平组及上统高基坪群。下统金鸡组（J1i）由紫红色石英砂岩、长石石英砂岩与页岩互层，上部夹炭质页岩；中统漳平组（J2zh）分为J2zh、J2zha、J2zhb3个亚群；上统高基坪群（J3gi）分为J3gia+b、J3gi、J3gi3个亚群，为中性火山岩或酸性火山岩夹沉积岩。
岩石类型 境内大部分山岭主要为燕山旋回侵入岩，其类型有花岗闪长岩、石英闪长岩、细中粒黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩、细粒花岗岩、花岗斑岩、石英斑岩、石英正长斑岩。少部分山岭主要为块状花岗岩类，可分为粗粒花岗岩和斑状花岗岩。岩石分裂多为大块，且边际溶解后棱角磨灭；岩质分解后，成浅红色土壤堆积山坡间，砂粒甚粗，皆因石英不能分解所致。故土质甚松，而蓄水能力甚弱，每经暴雨，更易侵蚀。此种山坡不宜耕种，宜多植果木。正长石中之钾氧溶于土壤中，为天然肥料，利于果木生长。境内广九铁路沿线多分布李朗层（因第一次发现于广九铁路李朗站得名），全层厚约100余米，均为页岩及黏土；其中白色或染色之细腻黏土厚约10余米，且有红色小细核，且变质甚轻。
地貌
塘厦镇四周峰峦起伏，境内为群山环抱，中部平原零散分布着低矮的小山冈。观澜河从西南往东北流经镇中心与石马河汇合，经清溪、樟木头、常平、桥头等镇注入东江。全镇地势西南高东北低，是东莞市山区片的小盆地。