Under siste istid lå hele dalføret under et 1–2 000 m tykt isdekke. Da isen smeltet, var Stjørdalen blant de dalførene i Trøndelag der brevannet gravde mest. I nedre del av dalen er løsmasseavsetningene over berggrunnen opptil 200–300 m tykke, og det er dannet en del store ravinesystemer. Flere steder er utsatt for kvikkleireskred.