Северные Апеннины, в том числе и гора Титано, сложены флишевыми отложениями. Во времена плиоцена на Апеннинском полуострове широко распространилась морская трансгрессия, которая захватила краевые участки полуострова, включая территорию нынешнего Сан-Марино. Морской залив, существовавший на месте теперешней Паданской равнины, отделял в плиоцене Альпы от Апеннин. В виде небольших заливов море проникало внутрь альпийской дуги. Лишь в четвертичное время в результате мощных поднятий суши море отступило, и сформировались современные очертания суши и ее рельеф.
Апеннины, как и Альпы, созданы альпийскими и неотектоническими процессами. Горы здесь имеют средневысотный рельеф, поскольку поднятия в Северных Апеннинах происходили менее интенсивно, чем в Альпах. Северо-восточная зона Северных Апеннин, куда входит Сан-Марино, сложена чешуйчатыми глинами, песчаниками и известняками. На адриатическом склоне Апеннин после их поднятия возникла целая сеть консеквентных долин, в которых видны две серии террас. В Сан-Марино развиты и речная, и овражная эрозия. Им способствуют сейсмичность территории, распространенность песчано-глинистых пород, ливневый характер осадков и вырубка лесов. Для территории республики, как и для всего адриатического склона Апеннин, характерны каланки — небольшие овраги с крутыми нависающими краями. Северо-восточные склоны Северных Апеннин подвержены также оползням, или, как их здесь называют, франам.
Полезными ископаемыми республика бедна. Здесь разрабатывают только известняк и добывают серу.