İstanbul Metropoliteni Kocaeli ve Çatalca Yarımadaları üzerinde yer almaktadır. Her iki yarımada aşınmış birer platodur. İstanbul ve çevresi, jeolojik zamanlar içinde III. Zamanın Miosen devri sonunda Sarmat iç denizinin bir körfezi iken, Pliosen devrinde deniz çekilmiş, karalar ortaya çıkmış daha sonra akarsu ve rüzgar aşındırmaları ile uzun bir erozyon devrinin ardından, yükseltilerin kaybolduğu, aşınmaya dayanıklı kuvarsit tepelerin kaldığı, geniş bir peneplen ortaya çıkmıştır. Boğaziçi’nin yerindeki vadi de genişlemiştir. Daha sonra peneplenin Boğaziçi Vadisi’nin doğusunda kuzey kısmın kabarması (yükselmesi) batısında ise güney kısmın kabarması ile su bölümü hatları değişmiş, akarsu vadilerinde eğim artışı nedeniyle su aşındırması da artmış, doğu yakasında büyük akarsular Karadeniz’e, batı yakasında ise Marmara Denizi’ne dökülmüşlerdir.

Söz konusu jeolojik hareketler sonucunda İstanbul Metropoliteni’nin yer aldığı alan, genellikle aşınmaya uğramış silik yeryüzü şekilleri içeren bir plato (peneplen) görünümü kazanmıştır.

Jeomorfolojik birimler olarak gruplanabilen, vadiler, ovalar, yükseklikler ( hafif dalgalı tepelik alanlar), yüksek alanlar vb, anlatılan nedenlerle İstanbul metropoliten alanda keskin ve çarpıcı bir görünüme sahip değillerdir. Soğu yakasında (Kocaeli Platosu’nda) aşınmaya dayanıklı Kuvarsit tepelerle (Aydos, Kayışdağı, Alemdağ vs.) Gebze - Ömerli Barajı hattının doğusundan başlayan ve doğuya doğru yükselmeyi sürdüren (350m+) yüksek alanlar yer alır. Bu yarımadada “su bölümü hattı”, Marmara kıyılarına daha yakındır. Peneplen geri kalan kısımlarda akarsuların akış yönünün daha çok Karadeniz olduğu, geniş vadi tabanlı ve hafif dalgalı alanları içerir.

Batı yakasında (Çatalca veya Trakya Penepleni’nde), Boğaziçi’nden Büyükçekmece - Karacaköy hattına yer yer 200 m.yi bulan ve aşan birkaç tepelik dışında yine geniş tabanlı akarsu vadilerinin yer aldığı bir peneplen söz konusudur. Ancak bu yarımadada “ su bölümü hattı” bu kez Karadeniz’e daha yakındır. Akarsular daha çok Haliç’e, Büyük ve Küçükçekmece göllerine ve Marmara Denizi’ne su verirler. Terkos gölü ise esas suyunu kuzey batıda yer alan Istranca Dağları’ndan alır. Yer yer 350 m.’nin üzerinde yüksekliklere sahip olan Istrancalar dışında, Çatalca’nın batısında, ayrıca Kestanelik - Belgrad Köyleri hattının batısında, yükseklikleri 200-350 m. arasında değişen tepeler ve sırtlar göze çarpmaktadır.