Los Angeles rawan gempa karena lokasinya di Cincin Api Pasifik. Ketidakstabilan geologinya telah menghasilkan banyak patahan, yang memunculkan 10.000 gempa bumi setiap tahunnya. Salah satu patahan besar di daerah ini adalah Patahan San Andreas. Terletak di perbatasan Lempeng Pasifik dengan Lempeng Amerika Utara, patahan ini diprediksi menjadi sumber gempa bumi besar selanjutnya di California. Gempa bumi besar yang pernah mengguncang wilayah Los Angeles adalah gempa bumi Northridge 1994, gempa bumi Whittier Narrows 1987, gempa bumi San Fernando 1971 dekat Sylmar, dan gempa bumi Long Beach 1993. Meski begitu, semua kecuali beberapa gempa memiliki intensitas rendah dan tidak dapat dirasakan manusia. Cekungan dan wilayah metropolitan Los Angeles juga terancam mengalami gempa bumi dorongan kosong. Sebagian wilayah kota juga rawan terkena tsunami; daerah pelabuhan pernah dirusak oleh gelombang akibat gempa bumi Valdivia tahun 1960.