Území Mělnicka náleží k Českému masívu a z velké části je tvořeno českou křídovou pánví. Český masív se vytvářel již v období starohor, kdy ve středních Čechách bylo rozsáhlé moře, jehož usazeniny se později přetvářely ve fylitické břidlice (skalní stěna u nádraží Kralupy nad Vltavou).
Spility, které vznikly při podmořských výlevech bazických láv, se nalézají v jižní části oblasti, a to rovněž u Kralup n. Vlt. nebo u Kopče či Korycan.
Také geologické památky prvohor se nacházejí pouze v jižní části oblasti. Předkambrické žilné vyvřeliny (porfyry) se pro svou odolnost vůči vodě využívaly při úpravě břehů vodotečí. Nalézají se např. jižně od Neratovic, u Zlončic nebo Chvatěrub. V prvohorním tropickém podnebí se zbytky mokřadní bujné vegetace ukládaly pod vodou a za nepřístupu vzduchu se pozvolna měnily v ložiska černého uhlí. Uhelné sloje v okolí Kralup nad Vltavou navazují na Kladenskou uhelnou pánev, směrem na Mělník se uhelné vrstvy zanořují pod pleistocénní náplavy. V nadloží bývají pískovce, jílovce nebo slepence. V sedimentech se zachovaly i zkameněliny fosilních kapraďorostů. Nejstaršími vrstvami svrchní křídy jsou cenomanské jílovité pískovce, jejichž výchozy jsou v oblasti mezi Veltrusy, Neratovicemi a Kostelcem nad Labem Jejich profil je vidět např. na vrchu Hostibejk v Kralupech n. Vlt.
V nejmladších druhohorách bylo formováno téměř celé území mělnické oblasti. Po dlouhém období souše dochází v důsledku pohybu zemské kůry k poklesu v prostoru severních Čech a k rozsáhlé mořské záplavě. Mořské sedimenty jsou později zpevněny různými tmely a vznikají tak pískovce či slepence. Na cenomanské jílovité pískovce jsou místy vázány zásoby spodních vod. Největší část křídových sedimentů vznikla v období turonu severně od Labe. Kaolinické kvádrové pískovce zde tvoří území Polomených hor se skalními městy a četnými hlubokými roklemi (CHKO Kokořínsko). Západně od Mělníka jsou uloženy jemnozrnné opuky, používané často ke stavebním účelům (např. tzv. vehlovická opuka). Opuky uložené směrem ke Všetatům tvoří Turbovický a Cecemínský hřbet a na částečně odkrytých místech tvoří tzv. bílé stráně s hojným výskytem teplomilných rostlin.
V období třetihor dochází při pokračujícím alpinském vrásnění k vyzdvižení Českého masívu a utváření povrchu souše. Vytvářely se základy říční sítě, která se koncentrovala do snížené Mělnické a Nymburské kotliny, docházelo jednak k zarovnávání povrchu a jeho následnému lámání, jednak k pronikání magmatu k povrchu a jeho postupnému vypreparování erozní činností. Tak vznikaly některé dnešní vrchy, jako např. Vrátenská hora nebo Nedvězí.
Ve čtvrtohorách se reliéf krajiny formoval do současné podoby. Díky pokračujícímu vyzdvihování Českého masivu se zvyšuje spád řek, pokračuje eroze vodní i větrná, vodní toky mění v nížinách svá řečiště, vznikají náplavy štěrkopísků. Tyto labsko-vltavské uloženiny se v současné době těží na mnoha místech okresu a jsou významnou surovinou stavebního průmyslu. Na závětrných místech a v depresích se ukládají místy mocné vrstvy spraší a sprašových hlín, jejichž profil lze vidět např. v rokli u Zeměch. Vytvářejí se nánosy vátých písků na pravém břehu Labe ve formě návějí a přesypů, do dnešní doby se však nezachovaly. V současnosti pokračuje erozní zarovnávání terénu a tvorba naplavenin vodních toků.
Pro mělnickou oblast jsou typické velké zásoby podzemní vody, které se hromadí v místech střídání propustných vrstev pískovců s nepropustnými jíly. Pitná voda, která se zde čerpá, nezásobuje pouze Mělnicko, ale i široké okolí.

PŘÍRODA " vodopis

Podzemní vody, akumulované především v křídových vrstvách, vytvářejí významné vodní obzory a jsou vodárensky využívané jako zdroj kvalitní pitné vody. Hromadění podzemních vod umožňují propustné pískovcové, příp. pískové vrstvy střídané nepropustnými vrstvami jílovitými.
V cenomanských vrstvách, které jsou méně propustné, se nachází voda s napjatou hladinou, tzv. artéská, shora uzavřená nepropustnou vrstvou slínovců (oblast Vidimi). Středněturonské vrstvy, které jsou spojeny s pravoúhlým systémem tektonických puklin v kvádrových pískovcích, mají vodní hladinu volnou a jsou nejvyužívanějším a největším vodním zdrojem. Hladina spodní vody se sklání od severu směrem k Labi a je ovlivněna drenážním efektem erozní činnosti lokálních vodotečí. Jedná se především o Pšovku, Liběchovku a Košátecký potok. V údolích těchto potoků prýští prameny, kterým se někdy připisovala léčebná moc, jako např. Boží voda u Liběchova, Ladčin pramen v Kokořínském dole nebo Žerka v dole Zimořském. Největší je Velký pramen u Mělnické Vrutice, který je napojen na vodovod zásobující pitnou vodou poměrně rozsáhlou oblast od Mělníka po Kladno. Severní část oblasti v okolí Mšena je zásobována vodou z pramene Stříbrník v Kokořínském dole u obce Vojtěchov.
Povrchové vody jsou jednak v řekách a potocích, jednak jako vody stojaté v tůních a pískovnách. Říční síť se dotvářela především v období pleistocénu, kdy se koryta řek měnila díky vlastním sedimentům a posouvalo se i místo soutoku dvou největších řek Labe a Vltavy. Dnes je toto místo přímo pod Mělníkem. Labe protéká Mělnickem v délce 25,5 km a má průměrný roční průtok 98 m3. Vltava, s ročním průměrným průtokem 150 m3, zde absolvuje posledních 14 km. Původní koryta těchto řek, jejichž zbytky nalezneme místy jako mrtvá ramena jak u Vltavy (např. Zelčínská tůň), tak u Labe (např. Borecká tůň, Černínovsko), byla na začátku 20. století upravena pro lodní dopravu, což mělo za následek zkrácení obou toků, prohloubení koryta, výstavbu jezů a vysušení bažinatého okolí soutoku. Po vybudování laterálního kanálu v roce 1905 mezi obcemi Vraňany a Hořín o délce 10,1 km byl poslední cca 11 km úsek Vltavy ponechán bez větších plavebních úprav a dnes je to jedno z nejvýznamnějších zimovišť vodního ptactva ve středních Čechách.
Do Labe přitéká z pravé strany u Neratovic Košátecký potok, v Mělníku Pšovka, pramenící pod Vrátenskou horou a v Liběchově Liběchovka. Z levé strany se u Kostelce nad Labem vlévá Mratínský potok, do něhož ústí Polehradský potok, Kojetický potok v Neratovicích a Vltava s laterálním kanálem u Mělníka. Do Vltavy z levé strany ústí v Kralupech nad Vltavou Zákolanský potok s přítokem Knovízského potoka a u Vepřku Bakovský potok. Vodní toky Polomených hor jsou doplňovány podzemními vodami středněturonských vrstev a mají jen málo, a to ještě většinou periodických přítoků.
Ostatní vodní plochy tvoří tůně buď umělé, jako např. v Kokořínském dole, kde bývávalo několik mlýnů, nebo přirozené na místech bývalých koryt řek. Namísto rybníků klasického typu, které zde nenalezneme, plní funkci přirozených vodních ploch zaplavené a pro rekreační účely upravené pískovny (Ovčáry, Konětopy, Jezero, Vojkovice, Cítov, Mlékojedy). Plochou zemědělskou krajinou v jižní části procházejí relativně úzké vodní strouhy.