El cauce bajo del guadiana discurre entre materiales del macizo antiguo ibérico, formado básicamente por pizarras del Carbonífero Inferior, excepto los últimos de 5 km., a partir de Castro Marim y Ayamonte, en los que penetra en una planicie de amplias marismas.
Tanto el cauce principal del Guadiana como sus afluentes tienen un curso encajado, con un contacto directo de las aguas con las laderas de las colinas, sin que existan fondos de valles aluviales, a excepción de la desembocadura de algunos afluentes.
El cauce bajo del Guadiana discurre entre materiales del macizo antiguo ibérico, formado básicamente por pizarras del Carbonífero Inferior (entre 355 y 330 millones de ańos), excepto los últimos de 5 km., a partir de Castro Marim y Ayamonte, en los que penetra en una planicie de amplias marismas.
Tanto el cauce principal del Guadiana como sus afluentes tienen un curso encajado, con un contacto directo de las aguas con las laderas de las colinas, sin que existan fondos de valles aluviales, a excepción de la desembocadura de algunos afluentes como es el Odeleite y el Beliche en la vertiente portuguesa, y el Rivera Grande y Barranco de La Chacera, con dimensiones más reducidas, en Espańa. Además, existen otras zonas de relieve suave en las riberas del Guadiana, como la franja de vega en la que se ubican Alamo o Guerreiros do Río, o las situadas en sus numerosos meandros, como el de El Romerano (Sanlúcar de Guadiana).
En su tramo interior, el estuario forma parte de un territorio constituido por el Andévalo onubense (Espańa) y el Bajo Alentejo (Portugal); y presenta una morfología asimétrica, más rocoso en la parte espańola y más amplio en la margen portuguesa.
El tramo litoral del estuario del Guadiana se caracteriza por las formaciones arenosas producidas por los abundantes aportes de sedimentos del río, que progresivamente han ido conectando la desembocadura de este río con el Piedras, rellenando el antiguo y amplio estuario, con predominio de espacios marismeńos, zonas endorreicas, flechas y barras arenosas, que se han ido originando como resultado de la influencia de las aguas marinas sobre el curso bajo del río. En la margen portuguesa abundan las salinas (esteros de río Seco y de Carrasqueira).
Desde el punto de vista hidrodinámico, son dos los agentes que intervienen en los procesos de transformación del estuario: la circulación de las masas de agua y el transporte de sedimentos.
La circulación de las masas de agua depende de factores litorales tales como el viento, el oleaje, los tipos de fondos marinos y las corrientes marinas producidas por la deriva litoral y las mareas; y de factores fluviales como los aportes de agua dulce.
Existen dos fases de circulación: una fase de flujo mareal que favorece la entrada de agua marina en el estuario, y una fase de reflujo mareal, en sentido contrario, que favorece la salida del agua del río hacia el Océano Atlántico.
El clima es mediterráneo templado, suavizado por la proximidad a la costa y la influencia del Océano Atlántico y el propio rio Guadiana, acentuándose su dureza a medida que nos adentramos hacia el interior aunque las formaciones montańosas impiden el paso de los vientos fríos procedentes del norte.
En cuanto a las precipitaciones éstas son muy bajas, sobre todo en el Algarve, con una precipitación media mensual que tiene su valor máximo en los meses de diciembre y enero, y el valor mínimo se registra en julio y agosto. El periodo seco anual abarca unos cinco meses en el litoral (normalmente entre abril y septiembre), mientras que en las zonas más interiores este periodo se reduce a cuatro meses.
Los vientos dominantes son los canalizados por el propio río Guadiana, dirección norte o sur, aunque en el litoral son importantes los de componente suroeste. En general, son vientos suaves siendo relativamente infrecuentes los episodios de temporal.
Entre los principales afluentes del Guadiana se encuentran las Riberas de Vascao, Cadavais, Foupana, Odeleite, Chocas, Beliche y Seco, en el territorio portugués y en la franja espańola los ríos Chanza y Malagón y las riveras de Rochona, Rivera Grande de La Golondrina, Barranco Santiago, Barranco de los Hierros y los Arroyos de la Parra, Grande y Pedraza. Completa está red de drenaje el río Carreras que en su unión al Guadiana conforman las Marismas de Isla Cristina.
En cuanto a la calidad de las aguas y sedimentos se observa buena calidad del agua en el estuario siendo los niveles de contaminación, en general, bajos, debido a que no existen focos importantes de contaminación, puesto que las actividades industriales y agrícolas que se realizan en el entorno son escasas y donde el principal foco de contaminación son los efluentes urbanos de los núcleos de población situados a lo largo del estuario (Sanlúcar de Guadiana, Ayamonte, Castro Marín y Vila Real de San Antonio), que vierten sin someterlos a procesos de depuración. También en ocasiones se vierten al estuario aguas procedentes de las actividades portuarias y acuícolas.
