Geologisk omfatter området to ulike enheter. Kystslettene tilhører den aral-kaspiske senkning, og Det kaspiske hav ligger omtrent 26 meter under verdenshavenes overflate. I Elburz- og Talysfjellene går derimot den hyrkanske skogen opp til mer enn 2000 moh. Fjellene er dannet i den alpine fjellkjedefolding, og store forkastninger ligger i overgangen mellom de to sonene. Det kaspiske hav er en rest av et mye større innlandshav, Paratethys, men ble adskilt fra verdenshavene for omtrent 5,2 millioner år siden. I istidene har overflaten på Det kaspiske hav steget til 50 moh slik at det er blitt forbundet med Svartehavet.