双牌境域地层古老，褶皱和断裂构造相对发育。县域自然地理环境的演变与早、中、晚古生界和中生界几次大的地质构造运动密切相关。
地质
县境原由古海域演变而成，其出露地层由寒武系、奥陶系、泥盆系和第四系组成，地质构造较为复杂，岩浆岩面积分布广，矿藏储量丰富。
地层
双牌县境古为海域，沉积着巨厚的浅海相碎屑岩。距今4.4亿年前奥陶末期海水退出，地壳上升为陆，志留系地层缺失。4亿年前志留纪末期发生加里东运动，地层强烈挤压、褶皱，阳明山、紫金山隆起。中部及北东出现两个近南北向的坳陷区，海水浸入，沉积泥盆系碎屑岩及碳酸盐岩。3.2亿年前泥盆纪末期,地壳再次上升,县境海浸古地史结束,石炭系至第三系地层缺失。故县境出露地层仅有寒武系、奥陶系、泥盆系和第四系。奥陶系出露面积最广。
构造
双牌县位于南岭纬向构造带的北缘，境内从西到东为一突出的隆起带，即紫金山――阳明山穹窿。紫金山穹窿是县境构造主体，为一复式北斜，轴向北东，由一系列向斜和背斜组成。断裂构造发育，有北东向、南北向、北西向和东西向4组，以北东向为主。
地貌
双牌地貌以山地为主，丘陵、岗地、平原兼备。阳明、紫金两山对峙，山势雄伟，层峦叠嶂。山系、山脉绵延，山、坳、寨、山冲阡陌，峰壑交错，连绵千重。地势东西高，南北低，形似马鞍型。地形地貌复杂，分区纷繁。
