I de indre dele er fjorden op til 30 m. dyb. Herfra er der næsten 100m. op til de omgivende ladskaber. Dannelsen af denne dybe slugt skete, da smeltevand under højt tryk pressede sig frem under de kæmpemæssige gletchere, der dækkede landskabet i istiden. Dale af denne type kalder geologerne for tunneldale

I forbindelse med isens afsmeltning er større eller mindre isblokke blevet begravet af sand og ler fra det smeltevand som fossede ud foran isen. En kæmpemæssig isklump lå der, hvor Kielstrup Sø nu ligger. Da isen smeltede, sank de overliggende aflejringer sammen og dannede et dødishul, hvor søen nu ligger.

Vandløb, der løber ud til fjorden, har på grund af den store højdeforskel, skabt fantastiske erosionslanskaber med et stærkt kuperet terræn. Mest imponerende er landskaberne ved Hegedal og Valsgård Bæk

I stenalderen betød afsmeltningen af de sidste gletchere i Skandinavien og Nordamerika, at havet steg. Da vandstaden var højest, nåede det ind til området vest for Fyrkat. Samtidig dækkede havet de lavtliggende områder øst for Hadsund, således at fjorden på det tidspunkt havde sit udløb i Kattegt her.

Undergrunden i området omkring fjorden består af kalk og kridt fra Kridt- og Tertiættiden. Dette har sat sine spor i det materiale, som gletcherisen har aflejret i området. I de flintesten, der ligger i gruset langs fjordens kyster, findes mange forstenede søpindsvin.

I skrænterne i kridtgraven i Dania kan man finde den geologisk mest spændende og vigtige grænse mellem Kridt og Tertiær. Denne grænse vidner om at voldsomme begivenheder fandt sted, da lagene blev aflejret for ca. 65 millioner år siden. På kort tid blev 3/4 af lat liv på jorden udslettet, heriblandt dinosaurene.

Selve katastrofen er kun markeret ved et 2-4 cm tykt lerlag. Dette lerlag er specielt, da det indeholder en række sjælden  grundstoffer, som kun kan forklares, hvis vi antager at de stammer fra et meteornedslag.