La struttura geo-morfologica degli Stati Uniti è caratterizzata dalla presenza di due sistemi montuosi (quello dei monti Appalachi a est e quello delle Montagne Rocciose a ovest) allineati da nord a sud, e di un vasto insieme di pianure nella parte centrale. Essa è il risultato di una lunga successione di collisioni e separazioni di grandi aree della parte superficiale della crosta terrestre, in base alla teoria geologica della tettonica a zolle. Il nucleo continentale più antico è lo Scudo Canadese, o Altopiano Laurenziano, costituito da una massa di graniti e di altre rocce cristalline che affiorano in tutto il Canada orientale e nella parte nord-orientale degli Stati Uniti. Alla formazione dello Scudo seguì un lungo periodo di inattività della crosta terrestre durante il quale il continente, in seguito a continui fenomeni erosivi, assunse l'aspetto di un tavolato che i mari adiacenti ricoprirono con spessi strati di sedimenti. Verso la fine di questo periodo estese foreste coprivano le superfici emerse, e la combinazione di materiale organico e di sedimenti marini permise la formazione di vasti giacimenti di petrolio e di carbone. Il periodo di calma geologica ebbe termine quando i continenti dell'America settentrionale e dell'Europa entrarono in collisione nel primo periodo della formazione dei fossili, il Carbonifero, in seguito al quale i continenti americani si scontrarono con quello africano. Il fenomeno provocò la formazione del sistema montuoso degli Appalachi, originariamente costituito da vette elevate. Questa collisione determinò la deriva della massa continentale verso ovest con una conseguente espansione dell'oceano Atlantico e un periodo di calma geologica che interessò nuovamente le aree orientali degli Stati Uniti. Il materiale prodotto dall'erosione dei monti Appalachi si depositò e si accumulò nella regione interna delle Grandi Pianure e nelle pianure costiere affacciate sull'Atlantico e sul golfo del Messico. Nel frattempo, la compressione tra la zolla americana in spostamento verso ovest e la zolla pacifica determinò la formazione di nuovi sistemi montuosi nella sezione occidentale: le Montagne Rocciose con i loro altipiani (del Colorado e del Montana) e le loro catene montuose, come le Black Hills del South Dakota. Lo slittamento delle rocce lungo le faglie formate da ulteriori spinte determinò la formazione della Sierra Nevada in California, dei monti Wasatch nello Utah, delle catene montuose allineate del Nevada e della Teton Range nel Wyoming. Il suolo dell'Arizona e dello Utah meridionale si sollevò e i fiumi incisero profondi canyon.