Topografi wilayah Kabupaten Timor Tengah Utara pada umumnya bergelombang dan berbukit-bukit dengan ketinggian yang bervariasi yaitu: 177,60 km² (6,63 %) memiliki ketinggian <100 m dari atas permukaan laut (dpl); 1.499,45 km² (56,17 %) memiliki ketinggian 100-500 m dpl dan 993,19 km² (37,20 %) memiliki ketinggian >500 m dpl. Secara detail kondisi topografi dibagi menjadi 5 (lima) kategori,
yaitu:
1) Daerah dengan ketinggian 0-25 m dpl : seluas 6.5189,69 Ha.
2) Daerah dengan ketinggian 26-100 m dpl : seluas 11.186,000 Ha.
3) Daerah dengan ketinggian 101-500 m dpl : seluas 149.944,935 Ha.
4) Daerah dengan ketinggian 501-1000 m dpl : seluas 88.908,875 Ha.
5) Daerah dengan ketinggian di atas 1000 m dpl : seluas 10.410,500 Ha.

Kabupaten Timor Tengah Utara termasuk dalam Pulau Timor dan Kepulauan Nusa Tenggara lainnya terletak pada wilayah ring api Pasifik seismik yaitu lempeng Indo-Australia, lempeng Pasifik dan
lempeng Eurosia, tepatnya pada busur Sunda-Banda bagian luar atau busur geantiklin yang dimulai dari Timur ke Barat sebelah Selatan yang tidak bergunung api atau merupakan rona gempa dangkal. Pulau Timor termasuk kedalam tipe pegunungan kelopak dimana intensitas tektoniknya cukup aktif dengan sesar sungkup yang cukup banyak ditemukan di bagian selatan, hal ini menyebabkan litologi yang
menyusun daerah ini cukup rumit dan sering mengalami perulangan (Rosidi, Suwitodirdjo dan Tjokrosapoetro, 1974/1975).

Secara umum stratigrafi geologi di daerah ini diklasifikasikan ke dalam empat unit yaitu unit batu karang, liat, batu gamping dan aluvial. Di daerah batu karang umumnya mempunyai bentuk lahan yang relatif datar sampai berombak, tetapi dominan ditutupi oleh batuan induk dan batuan lepas dalam luasan yang cukup besar. Unit liat umumnya dicirikan dengan topografi yang sangat curam dengan erosi parit yang
hebat serta potensi longsor yang besar. Unit batu gamping mempunyai bentuk permukaan yang relatif lebih landai akibat peresapan (infiltrasi) air yang lebih baik dari liat. Sedangkan unit aluvial umumnya mempunyai bentuk permukaan yang datar yang terbentuk di pinggiran sungai atau endapan pada muara sungai.

Secara keseluruhan mineral yang terkandung di Kabupaten Timor Tengah Utara adalah; Pasir Besi (Fe), Mangan (Mn), Emas (AU), Flourspor (Fs), Barit (Ba), Belerang (S), Posfat (Po), Zeolit (Z), Batu Permata (Gs), Pasir Kwarsa (Ps), Pasir (Ps), Gipsum (Ch), Batu Marmer (Mr), Batu Gamping, Granit (Gr), Andesit (An), Balsitis, Pasir Batu (Pa), Batu apung (Pu), Tanah Diatomea (Td) Lempung/Clay (Td).