Deux grands sous-ensembles peuvent être distingués :

• Le Haut-Boulonnais correspond au rebord du plateau crayeux de l’Artois. Il est formé de craies recouvertes d’argiles à silex et de limons. Il constitue une ceinture de falaises (dénommée cuesta). Son altitude est relativement élevée (206 m au Mont-Hulin près de Desvres). Il ceinture le Bas-Boulonnais du Cap Blanc-Nez à Dannes – Camiers en passant par Desvres.
• Le Bas-Boulonnais correspond à la dépression du Boulonnais (relief creux qui s’est enfoncé) et a donc une altitude très inférieure. Il est constitué de terrains très argileux, imperméables et très humides, associées à des calcaires et des sables. Ces couches faiblement inclinées, de nature géologique très variée et, les nombreuses failles qui y sont associées, ont donné naissance à un paysage fortement vallonné et une grande diversité de sols. Il comprend également des zones de dunes littorales

Enfin, on peut souligner l’apparition du socle d’âge primaire dans la partie septentrionale du bassin (région de Marquise)