Η Κεφαλονιά και η Ιθάκη αποτελούν το δυτικότερο τμήμα των Εξωτερικών Ελληνίδων. Βρίσκονται πολύ κοντά στο ελληνικό τόξο, το οποίο και αποτελεί την πιο ενεργή τεκτονικά περιοχή της Ευρώπης.
Εξαιτίας λοιπόν της γεωτεκτονικής της θέσης, η Ιθάκη αποτελεί ένα νησί με μεγάλη σεισμική δραστηριότητα και πλούσια γεωμορφολογία. Χαρακτηριστικό επίσης του νησιού είναι ότι το μεγαλύτερο τμήμα της επιφάνειάς τους καλύπτεται από ασβεστόλιθους. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την τεκτονική δραστηριότητα, τις κλιματικές συνθήκες και τις διεργασίες διάβρωσης και απόθεσης έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση πολυάριθμων υπόγειων και επιφανειακών καρστικών γεωμορφών όπως, σπήλαια με πλούσιο σταλακτικό και σταλαγμιτικό διάκοσμο, μορφές επιφανειακής διάβρωσης κ.ά.
Η έντονη γεωμορφολογία του νησιού οφείλεται κυρίως στις ευστατικές κινήσεις που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια του Τεταρτογενούς (τα τελευταία 2,5 εκατ. έτη). Συγκεκριμένα κατά το Τεταρτογενές παρατηρούνται διαδοχικές εναλλαγές ψυχρών και θερμών περιόδων (παγετώδεις και μεσοπαγετώδεις περίοδοι αντίστοιχα). Αποτέλεσμα αυτών των ευστατικών κινήσεων είναι η έντονη κατά βάθος διάβρωση από τη δράση των υδάτων κατά τις παγετώδεις περιόδους, η οποία και δημιουργεί χαρακτηριστικές γεωμορφές, τις κοιλάδες τύπου «φιορδ», και οι οποίες με την άνοδο της στάθμης της θάλασσας κατά τις μεσοπαγετώδεις περιόδους πλημμύριζαν σχηματίζοντας μακρόστενους θαλάσσιους όρμους όπως σήμερα οι χαρακτηριστικοί όρμοι στο νησί της Ιθάκης.
Γεωλογικά το νησί της Ιθάκης δομείται σχεδόν αποκλειστικά από την Ιόνια ζώνη των Εξωτερικών Ελληνίδων, και κυρίως από την ανθρακική σειρά της Ιονίου που αποτέθηκε μεταξύ Τριαδικού (251,9-201,3 εκατ. έτη) και Ηωκαίνου (56-33,9 εκατ. έτη).
Συγκεκριμένα οι παλαιότεροι σχηματισμοί της ζώνης της Ιονίου είναι τα Τριαδικά «λατυποπαγή». Πρόκειται για ένα μίγμα λατυποπαγών ασβεστόλιθων, δολομιτών και γύψου. Πάνω από αυτούς αναπτύσσεται μια ανθρακική ακολουθία, ηλικίας Α. Τριαδικό (237-201,3 εκατ. έτη) – Μ. Λιάσιο (190,8-182,7εκατ. έτη), που περιλαμβάνει συμπαγείς ανοιχτόχρωμους παχυστρωματώδεις ασβεστόλιθους με απολιθώματα φυκών, και ασβεστόλιθους με πυριτόλιθους στην κορυφή, οι ονομαζόμενοι «Ασβεστολίθοι Παντοκράτορα». Οι σχηματισμοί της βαθμίδας αυτής καταλαμβάνουν τη μεγαλύτερη έκταση σε σχέση με τους υπόλοιπους σχηματισμούς της Ιόνιας ζώνης. Ακολουθούν οι σχηματισμοί Ammonitico Rosso ηλικίας Α. Λιάσιο (182,7-174,1 εκατ. έτη). Πρόκειται για μαργαϊκούς λεπτοστρωματώδεις έως μεσοστρωματώδεις ασβεστόλιθους με λεπτές μαργαϊκές και κερατολιθικές ενστρώσεις και φακούς πυριτολίθων. Στη συνέχεια απαντώνται ασβεστόλιθοι με πυριτόλιθους και αργιλικούς σχίστες ηλικίας Δογγέριο (174,1-163,5εκατ. έτη). Οι σχηματισμοί του Α. Ιουρασικού- Κ. Κρητιδικού (163,5,3-100,5 εκατ. έτη) αντιπροσωπεύονται από τους καλά στρωμένους πελαγικούς ασβεστόλιθους, που εναλλάσσονται με στρώματα πυριτολίθου. Το Α. Κρητιδικό (100,5-66 εκατ. έτη) αντίστοιχα εκπροσωπείται από συμπαγείς παχυστρωματώδεις ρουδιστοφόρους ασβεστόλιθους. Συνεχίζει ο σχηματισμός του Παλαιοκαίνου (66,0-56,0 εκατ. έτη) που αποτελείται από λεπτοστρωματώδεις λατυποπαγείς ασβεστόλιθους και ακολουθεί το Ηώκαινο (56,0-33,9 εκατ. έτη) το οποίο αντιπροσωπεύεται από άστρωτους νουμμουλιτοφόρους κλαστικούς ασβεστόλιθους. Η ζώνη της Ιονίου στην Ιθάκη ολοκληρώνεται με το σχηματισμό του φλύσχη ηλικίας Ολιγόκαινο- Μ Μειόκαινο (33,9-13,82 εκατ. έτη).
Η γεωλογική δομή της Κεφαλονιάς και της Ιθάκης ολοκληρώνεται με τις μετα-Αλπικές αποθέσεις οι οποίες αποτελούνται από μάργες Πλειοκαινικής (5,333-2,58 εκατ. έτη) ηλικίας, καθώς και Τεταρτογενή (2.588 εκατ. έτη έως σήμερα) θαλάσσια ιζήματα και χερσαίους σχηματισμούς.
