På Ærø består de prækvartære lag, dvs. de lag, som blev afsat før istiderne, af fedt, marint ler fra Eocæn. Leret ligger i 30-50 m’s dybde og overlejres af moræneler fra istiden Saale. Over moræneleret ligger rødt ferskvandsler fra mellemistiden Eem, der overlejres af grønt, marint Cyprina Ler, som også blev aflejret i Eem. Oven på Cyprina Leret ligger »det hvide sand«, der både blev aflejret i søer og som flyvesand i sidste istid, Weichsel, samt tre lag af moræneler fra den sidste del af sidste istid.
De fleste af lagene er blevet presset op og foldet af de gletsjere, som i sidste istid bevægede sig ind over Ærø. Det betyder bl.a., at Cyprina Leret i dag kan findes fra overfladen og helt ned til 50 m’s dybde. Gletsjerne afsatte samtidig 5‑50 m tykke lag af moræneler, der dækker store dele af kommunen og danner bakker på langs af Ærø.
Havaflejringer, der er afsat i tiden efter sidste istid, findes flere steder langs kysten, ligesom de dækker inddæmmede arealer som Gråsten Nor, Stokkeby Nor og Vitsø. Langs vandløbene er der desuden afsat ferskvandsaflejringer, mens sydkysten af Ærø har et mindre område med flyvesand. Der indvindes grundvand fra lagene af smeltevandssand og ‑grus.
