東京の地質は、下位から上位に向けて、おおむね、中古生層、上総層群、江戸川層〜舎人層・東京礫層・東京層、武蔵野礫層・立川礫層・埋没段丘礫層、凝灰質粘土層・関東ローム層、七号地層・有楽町層および河川堆積層から構成されています。下の絵は、東京の東部、青梅市から西端となる江戸川区にかけての地層分布を示した模式断面図です。この模式断面においては、東京の地形と地質は大まかに、次のようです。

　山地を構成する地質は、中・古生層からなります。おもに、粘板岩、砂岩、チャート等からなる硬質な岩盤（硬岩）より構成されます。
　丘陵には、新生代新第三紀〜第四紀の上総層群が基盤として分布します。丘陵地では主に締まった砂層や砂礫層から構成されます。この基盤の上部には関東ローム層が分布します。関東ローム層は主に関東平野をとりまく富士、古富士、箱根山などの火山から運ばれた火山噴出物です。
　台地部のうち、下末吉面に相当する淀橋台には、下位より上総層群、江戸川層〜舎人層、東京礫層、東京層、凝灰質粘土層および関東ローム層が分布します。上総層群は淀橋台では主に、土丹と呼ばれる泥岩と締まった砂層から構成されます。江戸川層〜舎人層は礫、砂、粘土の互層からなります。東京礫層は上位の東京層の基底礫と考えられ、主に締まった砂礫から構成されます。東京層は砂と粘土の互層で、しばしば貝化石を含んでいます。凝灰質粘土層は、この台地では渋谷粘土層とも呼ばれています。厚さは3〜5ｍです。また、関東ローム層の厚さは5〜8ｍとなります。
　武蔵野面に相当する武蔵野段丘には、関東ローム層および凝灰質粘土層の下位に段丘面を構成する武蔵野礫層が分布します。武蔵野礫層は全体に締まった砂礫層よりなります。厚さは上流側に位置する小平付近では約10ｍでありますが、下流側となる西に向かって4〜5ｍと薄くなっています。この武蔵野礫層の下位層は、杉並区中程までは東京層と東京礫層、小平市中程までは江戸川層〜舎人層ですが、最上流側となる東大和市付近では上総層群を直接覆って分布しています。ここでの上総層群は丘陵地同様、主に締まった砂層や砂礫層から構成されます。凝灰質粘土層は下流側に分布し、板橋粘土層、池袋粘土層とも呼ばれています。また、関東ローム層の厚さは5〜8ｍとなります。
　立川面に相当する立川段丘には、関東ローム層の下位に段丘面を構成する立川礫層が分布します。立川礫層の厚さは3〜5ｍ、多摩川北側の羽村市〜武蔵村山市付近まで分布しています。この立川礫層は、関東ローム層に覆われます。立川段丘での関東ローム層の厚さはおおむね3ｍ程です。また、立川礫層の下位には主に締まった砂層や砂礫層から構成される上総層群が分布します。
　低地部のうち、荒川〜東京湾低地は、表層から有楽町層、七号地層、埋没段丘礫層かなり、これらの下部に東京層、東京礫層、江戸川層〜舎人層が分布します。有楽町層は上部が砂と下部が貝化石を多量に含む軟弱な粘土から構成されます。厚さは埋没谷中心部で最大40ｍとなります。七号地層は、主に下町低地の荒川や旧中川沿いの有楽町層基底部に分布します。砂と粘土の互層からなります。厚さは一般に20〜30ｍとなります。埋没段丘礫層は中央区〜江東区にあたる墨田川と荒川間の地表面下30〜40ｍに分布します。厚さ4〜6ｍの礫層から構成されます。
　青梅から世田谷区までの多摩川中・下流部沿いに発達する多摩川低地はおもに砂礫から構成されます。青梅付近の中流部では8ｍ程度となります。また、台地部を浸食する中小河川沿いの河谷底には、厚さ2〜4ｍで軟弱な泥炭層や二次堆積ローム層が分布します。