De prækvartære lag, dvs. de lag, som blev afsat i tiden før istiderne, stammer fra Tidlig Miocæn og består af lyst sand og grus samt af mørkt, organisk rigt silt og ler, der blev aflejret i havet. Aflejringerne kan bl.a. ses i klinten ved Klintinghoved.
Over de prækvartære lag findes aflejringer fra flere istider og mellemistider. I Mommark Klint på Als og i Stensigmose Klint på Broager Land kan man bl.a. se ældre smeltevands- og moræneaflejringer fra næstsidste istid, Saale, samt sø- og havaflejringer fra mellemistiden Eem. Ellers dækkes næsten hele kommunen af op til 20‑45 m tykke lag af moræneler fra sidste istid. Kun allerlængst mod vest består de overfladenære lag af smeltevandssand og -grus. I slutningen af sidste istid blev der desuden dannet et stort issøområde omkring Egernsund ved Nybøl Nor med udbredte aflejringer af issøler.
Ved Borrehoved, Vemmingbund og Mjels samt på Kegnæs og langs østkysten af Als findes havaflejringer fra tiden efter sidste istid, mens der er afsat ferskvandsaflejringer langs søer og vandløb. Der indvindes grundvand fra lagene af smeltevandssand og -grus samt fra det miocæne sand.