쓰시마의 지질은 대부분이 신생대고(古)제3기에 형성된 이질(泥質) 퇴적층으로 「쓰시마층」(対州層)이라고도 불리는데, 북부 일부에는 신(新)제3기층도 보인다. 쓰시마층은 주로 흑탄색 셰일이나 점판암으로 이루어져서 여기에 사암이 섞인 경우가 많고 곳곳에 석영반암(石英斑岩)이나 반려암, 화강암이 박혀 있다. 가미시마 북부의 미타케 주변에는 현무암, 시모시마 동부에는 석영반암, 시모시마 중앙부에는 우치야마 분지 주변에 화강암, 그 주변으로 야타테 산줄기에 단단한 혼펠스가 곳곳에 분포하고 있다. 갱신세(更新世) 중반까지 일본열도와 대륙은 육지로 이어져 있었지만 그 종말기에 바다가 밀고 들어 오면서 한반도와 일본 규슈 지역이 틈이 생겼고, 쓰시마는 이키(壱岐)와 함께 현해탄에 뜬 징검다리 지형의 섬으로 남게 되었다.

해안지형과 해저지형으로 보아 융기와 침강을 반복하면서 오늘날에 이른 것으로 추정되고 있다. 육지 대부분이 낮은 산으로 덮여 있고 평지는 적으며 산꼭대기 부분은 평탄면도 보인다. 산지는 융기준평원에 의하면 것으로 생각되고 있다. 북부 미타케나 가노키 산(香ノ木山, 표고 307m)는 준평원 위에 돌출된 남은 지형으로 남부 우치야마 분지를 파고들었던 화강암이 침식되어 구덩이가 생겨난 것으로 추정된다.
일본열도와 대륙이 이어진 시기는?
갱신세(更新世) 갱신세 更新世