De prækvartære aflejringer, dvs. de lag, som blev afsat før istiderne, består i øst af bryozokalk fra Danien, som ligger i 25‑35 m’s dybde og dækkes af istidsaflejringer. I resten af kommunen udgøres de af Kerteminde Mergel, som er fedt, kalkholdigt ler, der blev aflejret i havet i Paleocæn. Mergellagene ligger under 30‑50 m tykke istidsaflejringer.
Flere steder kan man også finde aflejringer fra istiden Saale. Disse gamle istidslag er overlejret af det marine Cyprina Ler fra mellemistiden Eem. Ved Lundeborg findes desuden diatomitégytje, også kaldet kiselgur, som også blev aflejret i Eem. Gytjen er dannet af ler og kiselalger, som blev aflejret i ferskvand.
I den østlige og sydlige del af kommunen ligger »det hvide sand«, der blev aflejret i søer og som flyvesand i sidste istid, Weichsel. Sandet indvindes på Tåsinge og Thurø. De øverste jordlag består overvejende af moræneler, som blev aflejret under flere isfremstød under sidste istid. Ved Stenstrup er der endvidere en stor forekomst af stenfrit issøler, som også indvindes kommercielt.
Enkelte steder langs kysterne findes havaflejringer, mens der langs vandløb og i moser er ferskvandsaflejringer, som er afsat i tiden efter sidste istid. Der indvindes grundvand fra bryozokalken og »det hvide sand« samt fra istidslagene af smeltevandssand og -grus.
