Langs kommunens kyst består de overfladenære lag overvejende af flyvesand. Mod syd og langs kysten til Limfjorden er der talrige lavtliggende områder med hævet havbund, som er dannet af Littorinahavet. Her består aflejringerne hovedsagelig af ler og sand, men i de gamle strandvoldssystemer optræder også grovere materiale. I store dele af kommunen er der under disse lag fra efteristiden ler- og sandaflejringer fra Yoldiahavet, som når op til overfladen vest for Store Vildmose. Herunder findes aflejringer fra istiden. I det meste af kommunen udgøres disse aflejringer af forholdsvis tykke lag af smeltevandssand og grus, men mellem Fjerritslev og Brovst samt ved Kås og Saltum er der også tynde lag af moræneler.
Kommunens grundvandsmagasiner ligger især i disse smeltevandsaflejringer samt i skrivekridt fra Kridttiden og i danienkalk fra den ældste del af Paleocæn. Kridtterrænet består af en række højtliggende områder ved Fjerritslev, Klim Bjerg og Brovst og er ofte begrænset af forkastninger. I et mindre område mod vest er der desuden ler fra Eocæn. Dybt nede under kridtlagene findes Fjerritslev-Saltstrukturen med salt fra Perm.