Shetlands geologi er kompleks, med tallrike forkastninger og foldeakser. Disse øyene er den nordlige utpost på den kaledonske fjellkjedefolding. Det finnes blotninger av de metamorfe bergartene lewisian, dalriadan og moine, med tilsvarende historier som sine ekvivalenter på det skotske fastlandet. Tilsvarende er det også avsetninger av old red sandstone og granittintrusjoner. Den mest unike blotning er en ultrabasisk ofiolitt peridotitt og gabbro på Unst og Fetlar, som er rester etter gammel havbunn fra det tidligere Iapetushavet. Store deler av Shetlands økonomi er avhengig av de oljeførende sedimentene i havområdene utenfor.