Vịnh Hạ Long - Quần đảo Cát Bà bao gồm toàn bộ các giai đoạn của quá trình biển làm ngập chìm karst nhiệt đới cũng như có 3 loại hình hang động chủ yếu (hang hàm ếch biển cổ, hang nền karst cổ và hàm ếch). Vịnh Hạ Long thể hiện các giai đoạn muộn hơn của quá trình biển ngập chìm, còn quần đảo Cát Bà bổ sung các giá trị địa chất quan trọng vào di sản thông qua các mẫu hình về các giai đoạn đất liền và liên triều, mà một số rất hiếm, thậm chí là độc đáo.
Về giá trị địa chất - địa mạo, Vịnh Hạ Long là một mẫu hình tuyệt vời về karst trưởng thành trong điều kiện nhiệt đới ẩm với quá trình tiến hóa karst đầy đủ trải qua 20 triệu năm nhờ sự kết hợp đồng thời của các yếu tố như tầng đá vôi dày, khí hậu nóng ẩm và quá trình nâng kiến tạo chậm. Vịnh Hạ Long hội đủ tất cả các dạng cơ bản của địa hình karst như đồng bằng karst, phễu và thung lũng, chóp và tháp karst, đặc biệt rất phổ biến địa hình karst kiểu Phong Tùng (Fengcong) và Phong Linh (Fengling) đặc trưng cho giai đoạn phát triển tận cùng của quá trình karst nhiệt đới.
Giá trị địa chất - địa mạo vịnh Hạ Long còn được thể hiện qua hệ thống hang động phong phú, được hình thành từ 2.000.000 - 11.000 năm cách ngày nay. Quá trình biển ngập và xâm thực biển đã làm cho địa mạo karst vịnh Hạ Long trở thành độc nhất vô nhị trên thế giới, có tính nền tảng cho khoa học địa mạo và có ý nghĩa toàn cầu. Khu vực Di sản có 775 hòn đảo, phần lớn là đảo đá vôi, đã phát hiện 66 hang động, 42 tùng, 81 áng và 193 bãi cát cùng hệ thống hóa thạch phong phú.
Còn tại Cát Bà có tính đa dạng về địa chất, thể hiện ở sự đa dạng về các đặc điểm địa chất (đá, khoáng vật, hóa thạch, địa tầng, cấu trúc, môi trường trầm tích…) và địa hình - địa mạo. Quần đảo Cát Bà là phần ven rìa phía tây của cánh đồng karst Hạ Long bị nước biển xâm thực. Đây là dạng karst đặc biệt, một trong những nguyên nhân tạo nên sự hấp dẫn của vịnh Hạ Long và các đảo đá vôi lân cận.
 Gía trị địa chất - địa mạo trong hang động Sửng Sốt nằm ở khu vựctrung tâm của Di sản thế giới Vịnh Hạ Long. |
Với sự giao thoa của núi rừng và biển đảo, Vịnh Hạ Long - Quần đảo Cát Bà là một khu vực tiêu biểu, có mức độ đa dạng cao của Châu Á khi sở hữu 7 hệ sinh thái biển - đảo, nhiệt đới, cận nhiệt đới liền kề, kế tiếp nhau phát triển bao gồm: hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới nguyên sinh; hệ sinh thái hang động; hệ sinh thái rừng ngập mặn; hệ sinh thái bãi triều; hệ sinh thái rạn san hô; hệ sinh thái đáy mềm; hệ sinh thái hồ nước mặn. Các hệ sinh thái này đại diện cho các quá trình sinh thái và sinh học vẫn đang tiến hóa và phát triển, thể hiện qua sự đa dạng của các quần xã động thực vật.
Trước đấy, Trung tâm Karst và Di sản Địa chất (Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản) đã cùng với các nhà khoa học trong nước xây dựng hồ sơ đề cử Di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long – Quẩn đảo Cát Bà của Việt Nam là Di sản Địa chất Quốc tế và cũng là 1 trong 100 điểm Di sản Địa chất Quốc tế được đề cử lần này.
