شهرستان دامغان در یک پهنه مستقل زمین ساختی واقع شده که در شمال آن کوههای البرز و در جنوب آن دشت کویر (قسمتی از بزرگترین نمکزار ایران و جهان) قرار گرفته است. قسمت اعظم شهرستان دامغان از دشت وسیعی که دارای شیبی مناسب (همگرا و بسیار ملایم با 1%) به سمت جنوبی می‌باشد، تشکیل شده است. بلندترین نقطه این شهرستان، قله‌ای است به ارتفاع 3813 متر ارتفاع از سطح دریا در کوه سرتنگه از سلسله کوهستان البرز و پست‌ترین نقطه آن، 1063 متر از سطح دریا ارتفاع دارد که در کویر چاه جام در جنوب دامغان واقع شده است. شیب دشت دامغان از شمال به جنوب است که از چاه جام، به سمت دشت کویر باز هم از ارتفاع آن کاسته می‌شود تا اینکه کوههای کم ارتفاع واقع در جنوب، چاله یا دشت دامغان را از دشت کویر، جدا می‌کند. از نظر زمین شناسی، قدیمی‌ترین تشکیلات منطقه دامغان مربوط به دوره پرکامبرین است. این تشکیلات زمین ساختی شامل شیست، گنیس و دیگر سنگهای دگرگونی می‌باشد. در کوهستانهای شمالی دامغان گسلهای متعددی با جهت جنوب غربی ـ شمال شرقی وجود دارد که رعایت آن در ایجاد ساختمانها و دیگر تاسیسات به خاطر احتمال وقوع زلزله لازم است.

به علت موقعیت طبیعی خشک رودهایی در این شهرستان وجود دارد که در موقع بارندگی سیلاب‌ در آن‌ها جاری می‌شود. مهم‌ترین خشک رودها عبارتند از خشک‌رود چشمه‌علی که ابتدای آن دره‌های جنوبی شاهکوه گرگان است و خشک‌رود رودبار که حدود چشمه‌علی است و دیگری خشک رود دریان که در شمال قوشه واقع است.

از کوه‌های مرتفع این شهرستان می‌توان از کوه‌های امام ابوالقاسم با ارتفاع 3628 متر، چالویی با ارتفاع 3750 متر و کرسی با ارتفاع 3690 متر نام برد.

سلسله جبال البرز از قسمت شمالی این شهرستان می‌گذرد و تا 6000 گزی شمال شهر امتداد و در آن جا، با زمین یکسان می‌گردد و در قسمت غرب بین دامغان و سمنان یک رشته آن تا حدود راه‌آهن ادامه دارد و خط‌الراس آن خط طبیعی شهرستان دامغان و سمنان است و در قسمت جنوبی و حاشیه دشت کویر کوه‌های کم‌ارتفاعی مشاهده می‌شود که قسمتی منفرد و پاره‌ای متصل به هم و تقریباً موازی با سلسله جبال البرز است.

کلیه سکونتگاه‌های جمعیتی این شهرستان در معرض تهدید خطر زلزله قرار دارند. به طوریکه شهرهای دامغان و امیریه در پهنه خیر زلزله با شدت زیاد، و شهرهای دیباج و کلاته در پهنه با خطر خیلی زیاد واقع شده‌اند.

همچنین خطر رانش زمین نیز محدوده‌هایی از شمال شهرستان دیده می‌شود. بیشتر این محدوده‌ها با خطر متوسط بوده، و محدوده‌های با خطر بالا دارای وسعت اندکی می‌باشند.