Από γεωλογικής απόψεως, η Μεσαορία αποτελείται από ποικίλες αποθέσεις ιζηματογενούς προελεύσεως που μεταφέρθηκαν από τους ποταμούς από το Τρόοδος και τον Πενταδάκτυλο και εναποτέθηκαν στον θαλάσσιο χώρο, όπου βρίσκεται σήμερα η Μεσαορία. Οι αποθέσεις αυτές και η κατανομή τους στην πεδιάδα έχουν ως ακολούθως:
α. Σχηματισμός Κυθρέας: Τα πετρώματα του σχηματισμού αυτού είναι μεσομειόκαινης ηλικίας και αποτελούνται κυρίως από γραουβάκες, μάργες, ψαμμίτες, πηλίτες και κροκαλοπαγή. Είναι έντονα πτυχωμένα και καλύπτουν το βόρειο τμήμα της πεδιάδας. Συγκεκριμένα εκτείνονται στη διοικητική έκταση των χωριών Κανλί, Κιόνελι, Μάντρες, Ορτά Κιογιού, Τράχωνας, Μια Μηλιά, Νέο Χωριό, Κυθρέα, Μπέικιογιου, Επιχό, Πέτρα του Διγενή, Τζιάος, Κνώδαρα, Γούφες, Λευκόνοικον, Γύψου, Λάπαθος, Σύγκραση και Τρίκωμον.
β: Σχηματισμός Πάχνας: Αποτελείται από εναλλασσόμενες στρώσεις κιμωλιών, μαργών και ψαμμιτών, απαντάται δε στη διοικητική έκταση των χωριών Αγκαστίνα, Μαραθόβουνος, Κουρού Μοναστήρι, Τζιάος, Νέο Χωριό, Μια Μηλιά, Μάντρες, Δάλι, Ποταμιά, Αθηένου, Μελούσεια, Τσέρι και Πέρα.
γ. Σχηματισμός Καλαβασού: Αποτελείται από γύψο μεσσηνίου ηλικίας (5 εκ. χρόνων) που απαντάται σαν εβαπορική φάση σχηματίζοντας ακανόνιστες στρώσεις και φακούς ποικίλου πάχους και καθαρότητας. Εμφανίζεται στη διοικητική έκταση των χωριών Κνώδαρα, Αθηένου, Τρίκωμον, Γύψου, Αγκαστίνα, Κουρού Μοναστήρι και Έξω Μετόχι.
δ. Σχηματισμός Λευκωσίας: Αποτελείται κυρίως από πλειοκαινικές μάργες και ψαμμιτικές μάργες χρώματος γκριζομπλέ με δευτερευούσης σημασίας στρώσεις ψαμμιτικών ασβεστόλιθων και κροκαλών. Οι αποθέσεις του σχηματισμού Λευκωσίας καταλαμβάνουν μεγάλες εκτάσεις των χωριών Άσσια, Αφάνεια, Αγυιά, Άρσος, Τρεμετουσιά, Αθηένου, Μαρκό, Ποταμιά, Άγιος Σωζόμενος, Γέρι, Αγλαντζιά, Δάλι, Νήσου, Στρόβολος, Τσέρι, Πέρα, Επισκοπειόν, Ψημολόφου, Πάνω Λακατάμια, Κάτω Λακατάμια, Εργάτες, Ανάγυια και Πάνω Δευτερά.
ε. Σχηματισμός Αθαλάσσας: Ο σχηματισμός της Αθαλάσσας, ανώτερης πλειόκαινης- κατώτερης πλειστόκαινης ηλικίας, αποτελείται από ασβεστολιθικούς ψαμμίτες και άμμους. Βρίσκεται στην περιοχή των χωριών Δάλι, Λατσιά, Γέρι, Άγιος Σωζόμενος, Αγλαντζιά, Στρόβολος, Έγκωμη, 'Αγιος Δομέτιος, Παλαίκυθρον, Μόρα, Τύμπου, Ψυλλάτος, Γέναγρα, Πυργά, Περιστερώνα, Πηγή, Μηλιά, Γύψου, Λάπαθος, Σύγκραση, Άγιος Γεώργιος (Σπαθαρικού), Αρναδί, Σπαθαρικό, Άγιος Σέργιος, Έγκωμη, Στύλλοι, Λιμνιά, Αλόα, Σανταλάρης, Στρογγυλός, Βατιλή, Σίντα, Άσσια, Άρσος και Αγυιά, καθώς και στην πόλη της Λευκωσίας.
στ. Σύναγμα: Η απαρχή της Πλειστόκαινης περιόδου συνοδεύτηκε από δραστική ανύψωση του Οφιολιθικού Συμπλέγματος του Τροόδους. Η ανύψωση αυτή είχε σαν αποτέλεσμα την έντονη διάβρωση και τη δημιουργία εκτεταμένων αποθέσεων χαλικιών και άμμων, γνωστών σαν Σύναγμα. Οι αποθέσεις αυτές καταλαμβάνουν μεγάλες εκτάσεις των χωριών Έγκωμη, Άγιος Σέργιος, Λιμνιά, Σπαθαρικόν, Άγιος Γεώργιος (Σπαθαρικού), Σύγκραση, Λάπαθος, Γύψου, Γέναγρα, Λύση, Σίντα, Βατιλή, Άσσια, Αγκαστίνα, Μαραθόβουνος, Τζιάος, Κουρού Μοναστήρι, Πέτρα του Διγενή, Μόρα, Τύμπου, Παλαίκυθρον, Λατσιά, Δάλι, Νήσου, Τσέρι, Ψημολόφου, Πάνω Δευτερά, Κάτω Δευτερά, Πάνω Λακατάμια, Κάτω Λακατάμια και Έγκωμη. Εξάλλου οι αποθέσεις αυτές απαντώνται πληθωρικά και στην περιοχή της πόλης της Λευκωσίας.
ζ. Σχηματισμός Αναβαθμίδων: Οι ανοδικές ηπειρογενετικές κινήσεις οι οποίες συνέβησαν από την Πλειστόκαινη περίοδο μέχρι σήμερα δημιούργησαν τις θαλάσσιες και ποτάμιες αναβαθμίδες, που αποτελούνται από αμμοχαλικώδεις ή και αργιλλώδεις προσχώσεις. Οι αποθέσεις αυτές περιορίζονται στη διοικητική έκταση της πόλης της Αμμοχώστου και του χωριού Τρίκωμον.
η. Πρόσφατες αλλουβιακές αποθέσεις: Πρόκειται για πρόσφατες ποτάμιες αποθέσεις της Ολόκαινης γεωλογικής περιόδου που αποτελούνται κυρίως από άμμους, χαλίκια και πηλούς. Οι αποθέσεις αυτές καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο τμήμα της Μεσαορίας, απαντώνται δε στη διοικητική έκταση όλων των χωριών της πεδιάδας.