Район занимает северную часть Великорецкой равнины, отличается спокойными формами рельефа и общим слабым уклоном поверхности к северу и к долине реки Великой. Поверхность района приподнята над уровнем моря на 50 м в восточной части и на 80—100 м в западной. Наивысшая точка находится вблизи деревни Веретье (гора Веретье — 162,8 м).
Общая равнинность поверхности связана с геологической историей и геологическим строением территории.
Район находится на северо-западной окраине главного девонского поля. Для него характерно широкое распространение глубоководных отложений верхнедевонского моря — известняков и доломитов. Их толща имеет мощность от 50 до 90 м, покоится на более древних палеозойских осадочных породах, покрывающих кристаллический фундамент в среднем на глубине 500—700 м.
Палеозойские породы в целом залегают спокойно, имеют очень слабое падение на юг и юго-восток. Местами их спокойное залегание нарушается куполовидными вздутиями, связанными с поднятиями кристаллических пород.
Структурно-геологические съемки послевоенных лет выявили в бассейне реки Великой ряд локальных поднятий кристаллического фундамента. Наиболее значительные из них в пределах Палкинского района — Локновское на северо-западе с амплитудой 25 м на глубине около 500 метров и Мочановское, вблизи устья реки Вяды, с амплитудой 20 м. В современном рельефе эти поднятия не отражаются, так как неровности доледникового рельефа были в значительной мере сглажены ледником. Так, верхняя часть Локновского поднятия, очевидно, была содрана ледником, поэтому в центре и на крыльях поднятия вскрываются более древние слои верхнего девона — псковские, чудовские и шелонские. К периферии они уходят под более молодые — свинордские и бурегские слои. Из них особенно широко распространены бурегские, которые выходят на поверхность в разных частях района, по берегам рек.
Верхнедевонские известняки и доломиты всюду покрыты четвертичными ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями валдайского оледенения. Их мощность колеблется в среднем от 5 до 120 м.
Ледниковые отложения распространены повсеместно, они представлены валунами, местами — карбонатными моренными суглинками красно-бурого цвета; в центральной части района они, как правило, более тяжелого механического состава. Водно-ледниковые отложения чаще встречаются в западной части района. Представлены они флювиогляциальными песками, озерно-ледниковыми безвалунными суглинками, супесями и песками, а также тонко сортированными слоистыми песками камов и сильнохрящеватыми валунными песками озов. В долинах рек и вокруг озер распространены древние и современные аллювиальные и озерные отложения.
Отмеченные четвертичные отложения являются почвообразующими породами и существенно влияют на характер почв.
Полезными ископаемыми в районе являются прежде всего известняки и доломиты. Наибольшее практическое значение имеют псковские, чудовские, верхнешелонские и бурегские слои. Общая мощность их достигает 30—50 м; запасы их значительны.
К верхнешелонским слоям приурочены имеющие практическое значение месторождения гипса у деревня Выставка, в 10—12 км к северу от районного центра. С четвертичными отложениями связаны месторождения строительных песков (важнейшие из них у деревень Веретье, Бабьяково, Луг, Сиги, Сопки, Кириллово, Качаново) и кирпичных глин (у деревень Качаново, Грибули, Палкино, Орлы, Рубцово, Елисеево и др.), а также многочисленные месторождения торфа, общей площадью более 7 тыс. га, с запасами более 100 млн. куб. м.
Для рельефа района характерно преобладание форм ледниковой и водно-ледниковой аккумуляции. В основном, это — волнистая равнина основной морены. Поверхность ее разнообразят лишь мелкие моренные холмы (с относительными высотами 10—20 м), речные долины и на юго-западе — камы и озы.
По характеру рельефа территория района делится на две части.
Восточная часть (к востоку, примерно, от линии Локно — Логово) имеет более спокойный рельеф; он нарушается лишь на севере у деревни Веретье, где на фоне волнистой равнины резко возвышаются четыре гряды, ориентированные на юго-запад, с относительными высотами около 100 м, с крутыми склонами, сложенными сильновалунным щебенчатым карбонатным суглинком. Можно предполагать, что эти гряды представляют собой морены напора.
Поверхность западной части района приподнята и имеет более сложный рельеф. Моренные холмы и гряды с довольно крутыми склонами, относительной высотой 20—35 м чередуются здесь с волнисто-бугристыми флювиогляциальными и плоскими озерно-ледниковыми равнинами. Нередко встречаются и валунные поля размытой морены. Многочисленны долины мелких речек и ручьев, а также камы и озы.
На самом западе района развиты плоские заболоченные участки озерно-ледниковой равнины, среди которых местами возвышаются островки моренных бугров.
Эрозионные формы рельефа имеют в районе подчиненное значение в связи с относительной молодостью территории: они представлены небольшими оврагами и речными долинами. Долины рек неширокие, но довольно развитые.
Долины реки Великой и ее притоков Кудеба и Вяды имеют высокие и крутые склоны (до 15—20 м) и три выраженные террасы; местами террасы размыты, особенно третья и вторая, и долины рек постепенно сливаются с водоразделом. Во многих местах реки пропилили четвертичные отложения и заняли древние доледниковые ложа, они протекают среди берегов, сложенных верхнедевонскими известняками (например, река Кудеб у деревень Краснодудово, Бунгино; река Вяда у деревни Родовое). Более мелкие речки отличаются широкими расплывчатыми долинами с низкими и пологими склонами, широкими, часто заболоченными поймами.
Разрабатываемые месторождения полезных ископаемых:
Полезные ископаемые связаны с девоном (известняки и доломиты) и четвеpтичными отложениями( легкоплавкие глины, тоpф).