Il Bacino del Metauro, ubicato nelle Marche settentrionali, interessa due diversi domini strutturali dell'area Marchigiana. Si distinguono infatti un'area interna di catena ed un'area esterna di avanfossa.

In sostanza, per catena si intende la parte montuosa dell'Appennino, caratterizzata dai rilievi maggiori. In quest'area sono situate le principali sorgenti che alimentano i vari corsi d'acqua che vanno a costituire il Bacino del Fiume Metauro. La catena è costituita da una serie di grandi pieghe anticlinali e sinclinali che interessano la successione carbonatica. Le prime sono generalmente "a scatola" con il fianco orientale rovesciato e si presentano molto ampie con l'asse maggiore allungato in direzione NW-SE. Quest'ultimo presenta una lunghezza variabile da piega a piega di circa 15-20 km, mentre l'asse minore ortogonale ha una lunghezza massima di circa 5 km. Le anticlinali sono intervallate da lunghe e strette sinclinali. Le pieghe hanno una disposizione "en-echelon" destra; procedendo cioè lungo l'asse di una anticlinale, per trovare la successiva bisogna spostarsi verso destra. Quasi sempre queste pieghe maggiori si accavallano le une sulle altre tramite piani di sovrascorrimento immergenti verso SW a basso angolo (30°-40°). Le pieghe maggiori contengono al loro interno altre pieghe a scala minore dette mesopieghe o pieghe minori. Le strutture della catena sono spesso dislocate da faglie trascorrenti N-S destre e E-W sinistre. Spesso queste sono legate all'esistenza di discontinuità tettoniche giurassiche riattivate, aventi un andamento obliquo rispetto a quello del campo deformativo responsabile della deformazione mio-pliocenica che ha strutturato la catena.

Per avanfossa si intende un bacino di sedimentazione subsidente situato sul bordo esterno di una catena in corrugamento. Nel caso del Bacino del Metauro, la zona di avanfossa si estende dall'area di catena, che termina verso l'esterno in prossimità dei rilievi del Furlo, fino all'Adriatico. Essa è caratterizzata dai sedimenti deformati dell'Avanfossa marchigiano-adriatica, un bacino subsidente che è migrato nel tempo da SW a NE, contemporaneamente allo spostamento nella stessa direzione della deformazione. In questo suo movimento l'avanfossa è stata progressivamente colmata da sedimenti via via più giovani procedendo verso est. Questi sono costituiti principalmente da torbiditi silicoclastiche di età miocenica e da sabbie e argille plioceniche. A questi sedimenti si intercalano i depositi evaporitici del Messiniano.