El río Tempisque se halla localizado en la denominada depresión geológica del Tempisque, que se encuentra localizada entre el Complejo de Nicoya (Cretácico Superior, las «tierras más viejas de Costa Rica»), y la reciente Cordillera Volcánica de Guanacaste (Pleistoceno, se les llama las «tierras nuevas de Costa Rica»), presenta una topografía llana y ondulada, con depresiones menores inundables a lo largo del cauce principal del río Tempisque, por lo que hay depósitos de sedimento hacia la zona de la desembocadura principalmente, y su formación se ha visto favorecida por la poca resistencia del material volcánico a la erosión, cuyo transporte se ha visto asegurado por el mismo río.