Dal punto di vista geologico tutto il Sulcis e la Costa del Sud, in particolare, risultano estremamente interessanti, predominano le formazioni paleozoiche ed in particolare nella zona costiera compresa tra la torre di Bithia e Teulada si ritrovano rocce tra le più antiche della Sardegna risalenti al periodo Precambrico e Cambrico. Si tratta di porzioni di territorio che non sono state sommerse in tempi recenti e che generalmente hanno una età compresa fra i 570-500 milioni di anni (periodo Cambro-Ordoviciano). A partire da Punta Zavorra , in agro di Sarroch, si susseguono rocce vulcaniche di natura andesitica (oligo-miocenica), depositi alluvionali quaternari come quelli della piana di Pula, mentre nel settore collinare e montano si alternano quarziti, metarenarie e leucograniti. Limitatamente poi allarea di Monte Padenteddu si possono osservare dei metacalcari alternati a delle vulcaniti e a rocce di natura granitica. Dallarea di Pixinamanna sino a Domus de Maria il paesaggio è dominato quasi interamente dai graniti tardo-ercinici facenti parte del batolite sardo-corso. Tali morfologie a partire dalla frazione di Chia iniziano a cedere il passo alle formazioni precambriane di Bithia, agli ortogneiss di Monte Filau e Capo Spartivento e, nelle zone più interne di Punta Sebera e Monte Orbai, alle formazioni cambro-ordoviciane di Cabitza, Gonnesa e Nebida. Infine, nella parte che da Porto Tramatzu giunge sino al Capo Teulada, si alternano splendide calette dominate da dune di origine eolica, come quelle di Porto Zafferano e Porto Scudo e falesie calcaree attribuite alla formazione di Gonnesa. Le cime più importanti, procedendo in direzione est-ovest sono quelle di Punta Sa Cresia (864 m), Monte Padenteddu (777 m), Punta sOlioni (854 m), Monte Orbai (688 m) e Punta Sebera (979 m).
Tra i corsi dacqua vanno ricordati il Rio de Monti Nieddu e il Rio Mannu che, in località Sa Tuppa si uniscono per dare luogo al Rio di Pula. Meritano dessere menzionati anche il Rio di Santa Margherita che raccoglie le acque dellarea di Pixinamanna, quello di Chia e il Rio Leonaxiu alla cui foce si trova la peschiera di Teulada.
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