Até o final do século XX, Michell era considerado importante principalmente por causa de seu trabalho em geologia. Seu ensaio geológico mais importante, escrito após o terremoto de Lisboa em 1755, foi intitulado "Conjecturas sobre a Causa e Observações sobre os Fenômenos dos Terremotos" ("Philosophical Transactions", li. 1760). Neste artigo, ele introduziu a ideia de que terremotos se espalham como ondas pela Terra e que envolvem deslocamentos em estratos geológicos agora conhecidos como falhas. Ele foi capaz de estimar o epicentro e o foco do terremoto de Lisboa, e também pode ter sido o primeiro a sugerir que um tsunami é causado por um terremoto submarino.