A ilha da Madeira resultou de magmatismo oceânico intraplaca, atualmente extinto, sendo constituída essencialmente por rochas vulcânicas, na sua maioria com baixa percentagem de sílica. As rochas sedimentares são escassas, ocorrendo, por exemplo, em dunas fósseis e em depósitos de vertente e de enxurrada, cujos detritos sofreram um curto transporte.

As águas subterrâneas são a única fonte de abastecimento de água no verão, sendo que, no inverno, também é aproveitada a água que resulta do escoamento superficial de algumas ribeiras. Além disso, parte dos recursos hídricos subterrâneos destina-se à produção de energia elétrica, representando 20 a 25% da produção total de energia da ilha.

De acordo com o modelo hidrogeológico definido para a Madeira, considera-se a existência de aquíferos suspensos – situados em altitude e associados a rochas como tufos e basaltos alterados, com águas pouco mineralizadas – e de um aquífero de base – formado essencialmente por materiais vulcânicos, mais ou menos alterados, e que possui águas mais mineralizadas.

As principais zonas de recarga dos aquíferos localizam-se nas regiões mais altas da ilha, com precipitação elevada e formações vulcânicas mais recentes e, em geral, mais permeáveis.

Recentemente, na ilha, foram encontradas águas termais com teores elevados de CO₂ livre, associadas a manifestações secundárias de vulcanismo.