В четвертичное время вследствие тектонических процессов перестроилась гидрографическая сеть страны.
Особенно велики площади морфострукутры каледонского возраста на всем Центральном и Восточном Алтае. В недрах каледонских структур залегают метаморфизированные породы протерозоя, относящиеся к фундаменту рифея и кембрия.
Морфоструктура герцинского возраста образует Рудно-Алтайское поднятие и синклинальный прогиб Южного Алтая в пределах Зайсанской котловины. Своеобразна Зайсанская впадина, обязанная своим образованием новейшей тектонике. Ее размеры в длину свыше 400 км, в ширину — до 100 км. Палеозойские породы, залегающие несогласно, перекрыты палеоген-неогеновой толщей мощностью, до 1,5 км.
Особенно велик Тувинский унаследованный прогиб протяженностью до 500 км и шириной 70—150 км, его заложение относится к ордовику. По краям прогиб ограничен глубинным разломом. Состав пород разнообразен: эффузивные, терригенные, лагунно-континентальные, морские. В мезозое в прогибе возникли наложенные впадины.
Тектоника провинции хорошо отражена в ее орографии: хребты соответствуют антиклинальным структурам, а межгорные впадины и котловины — синклинальным. Картина геоструктурной обусловленности современных крупных форм рельефа, и орографии затушевывается наложенными структурами молодых возрастов. Герцинские структуры осложнили складчатые каледонские структуры, неоген-четвертичные — мезойские и герцинские. Разновременность движений земной коры, их дифференцированность, сложность самой морфоструктуры, литологический состав, образование разных по возрасту поверхностей выравнивания способствовали развитию ступенчатости и ярусности рельефа.
Состав пород разнообразен. Алтай сложен породами кембрия, ордовика и силура, состоящими из известняков, сланцев, песчаников, песчано-глинистых и мергелистых толщ и эффузивов.
Девонские отложения на территории провинции распространены меньше, чем более древние. На Алтае породы девона занимают обширные площади и разнообразны по составу. Морские нижнекарбоновые породы залегают в Рудном Алтае, состоят они из сланцев, криноидных известняков и песчаников. Верхнепалеозойские породы на Алтае распространены мало, так как в это время уже весь Алтай вступил на путь платформенного развития.
Разнообразие генезиса горных пород определило богатство провинции полезными ископаемыми: красные и магнитные железняки и полиметаллические руды Тувы, нижнекембрийские Буксоньское (Алтай), месторождения диаспоровых бокситов, ртути, золоторудные месторождения Горного Алтая.
В свое время В.П. Нехорошев для Алтая выделил пояса полезных ископаемых:
1) золотой — калбинский;
2) вольфрамовый— калбино-нарымский (относится медно-пиротитовая зона);
3) полиметаллический — Рудный Алтай;
4) вольфрамо-молибденовый — Горный Алтай;
5) ртутного оруденения — юго-восток Горного Алтая.
Горная провинция богата разнообразными ценными декоративными камнями. В разных частях территории имеются термальные и минеральные источники, на базе которых созданы курорты.
Орография страны сложная и отражает ее морфоструктуры. Высокая часть относится к Алтаю, ряд его хребтов простирается веерообразно. На юге, к западу от горного узла; Табын-Богдо-Ола, отходят субширотно хребты Южного Алтая. К северу от долины Бухтармы, располагается система хребтов высотой до 3000 м. Листвяга, Холзун, Ульбинский, Ивановский, Убинский, простирающиеся на северо-запад и север.
В центральной части Алтая дугообразно протягивается Катунский хребет с наивысшей вершиной Алтая - горой Белухой (4506 м). К северу и востоку от нее располагаются Северо- и Южно-Чуйские хребты. Севернее этой системы протягиваются Теректинский, Ануйский, Чергинский, Чулышманский хребты. На крайнем востоке, вдоль государственной границы располагается хребет Сайгхзлем, севернее от него проходит хребет Чихачева и Шапшальский, смыкающийся на севере с системой Западного Саяна. С северных хребтов берут начало многие реки: Бия, Катунь, от слияния которых начинается Обь.