La diversité géologique complexe et variée des Shetland se compose en grande partie de roches métamorphiques, principalement d'origine sédimentaire, modifiées par la chaleur et la pression lors de la formation des montagnes calédoniennes, recouvertes de roches sédimentaires et volcaniques qui se sont formées vers la fin de cette orogenèse. Par endroits, le socle sous-jacent de gneiss précambrien (âgé de presque 3 milliards d'années) est visible. Le nord-est des Shetland contient une ophiolite - croûte océanique enchevêtrée dans les collisions continentales qui ont formé la Pangée. Le paysage a été sculpté par les rivières, les glaciers et la mer. Des formes de relief majeures subsistent d'avant la dernière ère glaciaire. Bien que les signes de l'érosion glaciaire soient clairs, certains dépôts de tourbe subsistent de la dernière période interglaciaire chaude. Les Shetland s'enfoncent et présentent des caractéristiques géomorphologiques d'une côte récemment noyée. Des falaises exposées allant jusqu'à 370 mètres de haut contrastent avec une "côte intérieure" plus douce de vallées inondées où la montée du niveau de la mer a créé des plages de sable et de gravier, des barres et des tombolos.
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