三明市境域地层结构发育完整，自下元古界至新生界共有12个系，37个地层单元包括变质岩、侵入岩、火山岩、沉积岩四大岩类。最古老的岩石层分布于建宁一带的晚太古代天井坪组，是华夏古陆核的组成部分，代表福建省最古老的岩石层。

　　由于三明地跨福建三大构造单元，地质结构上存在四条断裂带：沙县—南日岛北西向断裂带，途经泰宁、将乐、沙县、尤溪等地；永安—晋江北西向断裂带，途经明溪、永安、大田等地；邵武—河源北东向断裂带，途经泰宁、建宁、宁化等地；政和—海丰北东向断裂带，贯穿尤溪、大田、永安、沙县及三明城区。

　　三明境内以中低山及丘陵为主，北西部为武夷山脉，中部为玳瑁山脉，东南角依傍戴云山脉。峰峦耸峙，低丘起伏，溪流密布，河谷与盆地错落其间，全境地势总体上西南部高，北东部低，海拔最高（建宁白石顶）1858米，最低50米。

　　三明市的自然资源主要包括土地资源、矿产资源、森林资源、旅游资源等。

　　土地资源 至2018年，三明土地总面积229.65万公顷，其中：耕地面积19.65万公顷，占土地总面积8.56%；园地面积6.87万公顷，占土地总面积3 %；林地面积182.88万公顷，占土地总面积79.63%；草地面积3.4万公顷，占土地总面积1.48%；城镇村及工矿用地面积5.4万公顷，占土地总面积2.35%；交通运输用地面积2.85万公顷，占土地总面积1.24%；水域及水利设施用地面积4.51万公顷，占土地总面积1.96%；其他土地面积4.09万公顷，占土地总面积1.78%。

　　矿产资源 三明市矿产资源较丰富，但由于地质构造差异，矿产资源分布不均，造成资源空间分布不均匀。煤矿主要分布在大田、永安、清流、将乐等地，且品种单一；铁矿主要分布在大田、永安等地；金矿主要分布在尤溪、泰宁、建宁一带；铅、锌、铜、硫铁矿主要分布在大田、尤溪、永安、将乐一带；钨矿分布在宁化、清流等地；重晶石分布在永安、明溪等地；石灰岩主要分布在永安、大田、清流、将乐、宁化、三元等地；萤石主要分布在将乐常口、明溪胡坊、清流余朋。矿业经济中占重要地位的矿种有：无烟煤、铁矿、重晶石、铅锌矿、金矿、钨矿、石灰岩、大理岩等，矿石质量好，已大量开采。截至2018年年底，全市发现各类矿产79种，其中探明储量的矿产49种，主要有：煤、铁、铅、锌、钨、锡、金、银、石灰岩、重晶石、萤石、钾长石、高岭土、硫铁矿、蓝宝石等。探明储量的矿区中，大型矿床6个，中型矿43个，已开发利用矿产43种。全市各类在册矿山企业361家，矿山从业人数8628人，2018年产矿石量2473.96万吨，原矿总产值26.38亿元左右。

　　森林资源 三明是全国全省重点林区、国务院批准建立的全国集体林区改革试验区、全国集体林业综合改革试验示范区、国家森林城市全国唯一的海峡两岸现代林业合作实验区。三明林业资源丰富，森林生态环境优越。2018年，全市林地面积190.1万公顷、占土地总面积82.8%，森林覆盖率78.14%，森林蓄积量1.72亿立方米。全市国家级自然保护区5处，省级6处、保护小区711处，省级以上自然保护区数量占全省的1/3。全市国家森林公园6处、省级森林公园19处，国家湿地公园2处，森林康养旅游形势向好。三明林业搭建绿水青山通往金山银山的桥梁，主要林产品产量约占全省的1/4，林业是三明经济支柱产业之一。