Địa chất
Khu vực vịnh Lan Hạ cũng như phần Đông Bắc Việt Nam có lịch sử phát triển địa chất lâu dài, từng là một bộ phận của cấu trúc uốn nếp caledoni đánh dấu sự kết thúc chế độ địa máng biển sâu Karstzia vào cuối kỷ Silua.
Các khối đá vôi này có tuổi trung bình là các bon muộn - pecmi (250 - 280 triệu năm). Cấu tạo dạng khối, đôi khi phân tầng khá mỏng, màu xám hay xám trắng nằm xen kẽ với đá vôi silic. Chúng có đầy đủ những dạng của một miền Karst ngập nước biển, do tác động của nước mặt và nước ngầm đã tạo ra một hệ thống các hang động ở các độ cao khác nhau (4m, 15m và 25 - 30m). Do các hoạt động của sóng biển đã tạo ra các ngấn sóng vỗ ở tất cả các chân đảo đá vôi vùng Cát Bà và các mái hiên mài mòn dạng dài và hẹp bao quanh chân, có nơi gập ngấn sóng kép ở mức 3,5 - 4m và 1,0 - 1,5m. ở các vùng kín, sóng biển còn tạo ra các tích tụ cát rất sạch, bao quanh các đảo nhỏ. Đó là các bãi tắm mini rất lý tưởng cho các dịch vụ du lịch tắm biển.
Về phía Bắc và Tây Bắc còn có một diện tích khá lớn thành tạo đệ tứ không phân chia (Q) tạo nên dạng đồng bằng ven biển, chúng được thành tạo do phù sa sông biển. Lớp trầm tích phủ lên trên khá dày (> 2m), dưới sâu hơn là phù sa hạt thô (độ sâu 5 - 10m) chủ yếu là sỏi cuội và cát... Sát biển hơn (nơi hàng ngày chịu ảnh hưởng của nước triều)
Thổ nhưỡng
Kết quả điều tra thực địa, xây dựng bản đồ lập địa cấp II, cho thấy các xã trong và ngoài VQG Cát Bà vì nền đá mẹ hầu hết là đá vôi cùng với các điều kiện địa hình Karst và khí hậu nhiệt đới ẩm nên đã hình thành những loại đất chính như sau:
- Đất Feralit đỏ nâu phát triển trên đá vôi (Fv): - Đất Feralit nâu đỏ dốc tụ chân núi đá vôi (Tv).
- Đất Feralit nâu vàng phát triển từ các sản phẩm phong hóa đá vôi dốc tụ hỗn hợp (Th).
- Đất dốc tụ thung lũng(Tl). - Đất bồi chua mặn (Db). - Đất mặn Sú vẹt (D 4 P 2):
3.1.5. Tài nguyên thực vật
Vịnh Lan Hạ nằm trong khu vực xen kẽ giữa núi đất và núi đá vôi, với sự tác động tổng hợp, nhiều mặt của điều kiện tự nhiên khu vực hải đảo, cùng sự tác động của các điều kiện kinh tế - xã hội, nên các kiểu thảm thực vật rừng và các kiểu thảm nông nghiệp trong khu vực tương đối đa dạng.
Tiêu biểu nhất trong các kiểu thảm ở vịnh Lan Hạ là kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm trên núi đá vôi, và kiểu thảm rừng cây ngập mặn ven biển, cửa sông. Ngoài ra, trong khu vực cũng đã xuất hiện một số kiểu thảm đặc thù và khá hiếm hoi đó là kiểu thảm cây ngập nước trên núi cao.
Ngoài các kiểu thảm thực vật rừng, chiếm vai trò chủ đạo còn có kiểu thảm cây nông nghiệp đất dân cư. Loại thảm này bao gồm: rừng trồng, cây nông nghiệp cây ăn quả, cây lâu năm, nuôi trồng thuỷ sản và các khu dân cư.