De geologiske overfladelag i kommunen er bl.a. præget af store områder med ferskvandsaflejringer fra perioden efter sidste istid. Dem finder man især i Store Vildmose og i dele af Bolle Enge. Aflejringerne består af tørv, gytje og organiskholdigt ler. I et strøg nord for Store Vildmose mellem Brønderslev og Tise findes aflejringer af sand og ler fra Littorinahavet. Disse aflejringer findes også langs Kattegatkysten, hvor de veksler med pletter af flyvesand. En stor del af kommunen er dækket af marine aflejringer fra Yoldiahavet. Disse lag består især af ler, men også af sand. I den nordligste del af kommunen kan man finde tynde lag af moræneler fra sidste istid, men ellers domineres dette område af tykke lag af smeltevandssand, grus og ler. Længere nede i undergrunden ligger marine lag af ler og sand fra sidste istid og mellemistid.
Skrivekridt fra Kridttiden ligger omkring 100 m nede, men gradvis dybere, jo længere man kommer mod øst. Kun i den vestlige del af kommunen ligger skrivekridtet stedvis højt. Kommunens grundvandsmagasiner ligger primært i smeltevandssand og -grus, men grundvand indvindes også fra Yoldiasand.
