El Instituto Geográfico Nacional desde el inicio de la formación del Arco orogénico de Gibraltar, el golfo de Cádiz se encuentra sobre el límite de las placas Euroasiática y africana, caracterizado por un régimen de convergencia oblicua Noroeste-Sureste. Está limitado por el macizo Ibérico y la cuenca del Algarve por el norte y, en la parte oriental, por el arco orogénico de la cordillera bético-rifeña, la más occidental de las cadenas alpinas mediterráneas. El golfo de Cádiz acomoda el régimen compresivo existente entre Europa y África, lo que produce una importante sismicidad. Hay una zona de transición de corteza continental-oceánica aún poco definida.La estructura del margen continental del golfo de Cádiz está controlada fundamentalmente por la formación del orógeno bético-rifeño y por la actividad tectónica post-orogénica. La mayor parte del golfo de Cádiz se sitúa sobre corteza continental adelgazada ibérica o africana que se adelgaza hacia el oeste, mientras la corteza oceánica se encuentra bajo las llanuras abisales de la Herradura, Sena y los montes submarinos adyacentes: Gorringe, Ampere y Coral Patch. Algunas de las estructuras geológicas de esta zona pueden producir terremotos y, consecuentemente, tsunamis.

En sus fondos oceánicos destacan multitud de relieves submarinos (seamount) correspondientes la mayoría a volcanes extintos que no llegaron a emerger desde las llanuras abisales como la del Tajo, de la Herradura o de Sena. De todos los relieves destaca por sus dimensiones la cordillera de Gorringe que se eleva 5 kilómetros desde la llanura abisal de La Herradura y tiene una dirección NE-SO con 200 killómetros de longitud por 70 de anchura, con dos pequeños seamount en su parte alta: Gettysburg, a 25 metros, y Ormonde a 33 metros. Este relieve está formado por gabros de la corteza oceánica, rocas serpentinizadas y basaltos alcalinos.La actividad tectónica en el golfo de Cádiz está relacionada con el límite de las placas tectónicas entre Eurasia y África. Hasta la cordillera de Gorringe llega de manera directa la gran fractura de Azores que se dirige hacia Gibraltar. En su prolongación hacia el este resulta difícil establecer una zona de fractura única quedando bastante difuminada en varias fracturas paralelas que se consideran el límite de las placas. En la parte oriental del golfo destaca el “prisma de acreción” o “Unidad alóctona”, el rasgo geológico principal del golfo.

La deformación no sólo está controlada por los esfuerzos regionales sino también por la gran cantidad de diapiros arcillosos y salinos (procedentes de las facies triásicas) además de volcanes de fango que se localizan a profundidades entre 300 y 1.200 metros, emplazándose sobre el talud continental superior y medio del margen continental suribérico. Son relieves de geometría preferentemente cónica, que se forman como consecuencia del proceso de expulsión de fluidos cargados en gas procedentes del fondo marino. Los cuerpos diapíricos arcillosos son una facies sísmica caótica en el contacto con la cobertera sedimentaria.En la zona frontal de la bahía de Cádiz, y dentro del “prisma de acreción”, se encuentra un conjunto de fallas normales (a veces lístricas) buzando al oeste que tienen una dirección NNO- SSE que viran a Norte-Sur en la parte meridional. Algunas son fallas activas ya que cortan los sedimentos hasta el fondo marino.