Lớp vỏ ngoài của Trái Đất không liền một khối mà vỡ thành nhiều mảng lớn, gọi là mảng kiến tạo, trôi cực chậm trên lớp đá nóng dẻo bên dưới. Ở nơi hai mảng tiếp giáp, chúng cọ vào nhau nhưng thường bị kẹt cứng do ma sát. Sức ép cứ dồn lại năm này qua năm khác cho tới khi vượt quá ngưỡng chịu đựng, và hai mảng đột ngột trượt để giải toả. Cú trượt ấy phóng ra năng lượng dưới dạng sóng chấn động lan ra mọi hướng, chính là động đất.

Nguyên nhân cốt lõi là sự tích tụ và giải phóng năng lượng dọc theo các đứt gãy, tức những vết nứt lớn giữa các khối đá. Khi hai mảng bị kẹt, đá ở vùng tiếp giáp bị bẻ cong và dồn nén như một chiếc lò xo. Đến lúc lực ma sát không giữ nổi nữa, đá bật trở lại vị trí cân bằng chỉ trong vài giây và toàn bộ năng lượng dồn nén bung ra thành sóng địa chấn. Điểm bắt đầu trượt nằm sâu dưới lòng đất gọi là chấn tiêu, còn điểm trên mặt đất ngay phía trên nó là chấn tâm, nơi thường rung mạnh nhất. Đó là lý do các trận động đất lớn tập trung ở ranh giới các mảng như vành đai quanh Thái Bình Dương.

Bạn có thể hình dung qua việc bẻ một thanh gỗ khô. Ban đầu bạn dồn lực mà thanh gỗ chỉ hơi cong và giữ nguyên, nhưng đến một mức nào đó nó gãy rắc, và tay bạn cảm nhận được cú giật cùng tiếng động phát ra. Vỏ Trái Đất cũng vậy: đá tích lũy sức căng trong hàng chục, hàng trăm năm rồi bất ngờ dịch chuyển trong khoảnh khắc. Nhật Bản hay nằm trên ranh giới nhiều mảng nên hứng chịu động đất thường xuyên, và họ phải xây nhà theo kiểu chịu rung để giảm thiệt hại.

Nhiều người tưởng động đất là do lòng đất bị rỗng hay sụp xuống, nhưng phần lớn động đất mạnh lại sinh ra từ chuyển động của các mảng kiến tạo, không phải từ hang hốc sụp đổ. Cũng có người nghĩ động đất xảy ra hoàn toàn ngẫu nhiên khắp nơi, trong khi thực tế chúng tập trung rõ rệt dọc các đứt gãy và ranh giới mảng. Hiểu đúng điều này giúp giải thích vì sao có những vùng gần như không bao giờ động đất, còn vùng khác thì rung chuyển liên tục.