地球の表層はプレートと呼ばれる硬い板のような部分でできており、そのプレートは移動し、プレート同士で押し合いを続けている(プレートテクトニクス)。そのため、プレート内部やプレート間の境界部には、力が加わり歪みが蓄積している。この歪みが限界を越えたとき、岩盤内部の一点から破壊が始まり、急激に岩盤がずれて歪みを開放し始める。これが地震の始まりである。そしてこの点が震源であり、破壊されてずれた部分が断層となる。
このずれた部分は、地震波を解析する段階では便宜的に平面（断層面または破壊面と呼ぶ）と仮定し、断層面の向き（走向）や断層面の鉛直方向に対する角度（傾斜）、震源の位置、地震の規模などを推定する。震源断層が曲がったり複数あったりする場合は、後の解析や余震の解析により推定される。
震源で始まった岩盤の破壊は、多くの場合秒速2〜3kmで拡大していく。
関東地震では神奈川県秦野市の直下約15kmの所から破壊が始まり、破壊は放射状に伝播して40〜50秒で房総半島の端にまで至り、長さ130km、幅70kmの断層面を形成した。
兵庫県南部地震では、明石海峡の地下17kmで始まった破壊は、北東の神戸市の地下から、南西の淡路島中部にまで拡大し、約13秒で長さ40km幅10kmの断層面を形成した。
また、破壊された岩盤は、速いときで秒速数mでずれを拡大させていく。
関東地震では小田原市〜秦野市の地下と三浦半島の地下で特に大きなずれを生じ、約8秒で7〜8mずれた。
このようにして破壊が終結すると、一つの地震が終わることになる。この断層面の広さとずれの大きさは、地震の規模と関連している。多くの場合、断層面が広くずれが大きくなれば大地震となり、逆に小さな地震では破壊は小規模である。
こうして一つの地震が終結しても、大地震の場合は断層面にはまだ破壊されずに残っていて、歪みをため込んでいる部分がある。それらの岩盤も次第に破壊が進む。それが余震である。
一方で、前震の発生のメカニズムについては、本震を誘発するものだという説、本震に先駆けて起こる小規模な破壊だという説などがあるが、はっきりと解明されていない。
本震の後に余震が多数発生する「本震-余震型」や、それに加えて前震も発生する「前震-本震-余震型」の場合は、地震を起こす力となる応力が一気に掛かって発生すると考えられている。一方で群発地震の場合は、応力が長期間徐々に掛かって地震が多数発生すると考えられている（水やマグマなどが原因とする説もある）[1]。
詳細はマグニチュードを参照
地震の規模を表す指標の一つにエネルギー量を示すマグニチュードがあり、「M」と表記する。マグニチュードには算定方法によっていくつかの種類がある。日本では、気象庁が独自の定義による気象庁マグニチュードを発表しており、地震学では「Mj」と記される。これに対し、多くの国では表面波マグニチュード（Ms）のことを、単にマグニチュードと呼ぶことが多い。他にもそれぞれの観測機関によって使用されるマグニチュードのタイプが異なる場合もあるが、差は最大でも0.1〜0.3程度である。が、これらは最初にマグニチュードを定義したチャールズ・リヒターのものの改良版であり、基本的に地震動の最大振幅を基礎とする。いずれも8.5程度以上の大地震ではその値が頭打ち傾向になることから、地震学では地震モーメントから算出されるモーメント・マグニチュード（Mw）と呼ばれる値が地震の規模を表す指標として用いられている。
詳細は震度を参照
地震動の大きさを表す指標には一般に広く使われている震度のほか、地震動そのものの最大加速度や最大速度が用いられる。建築物や土木構造物の耐震設計の分野では応答スペクトルやSI値という指標も、地震動の大きさを表す方法として広く用いられている。
震度については、日本では気象庁震度階級、アメリカ合衆国では改正メルカリ震度階級、ヨーロッパではヨーロッパ震度階級（EMS）、CIS諸国やイスラエル、インドなどではMSK震度階級が現在使用されているほか、ほかにもいくつかの指標がある。
地震の規模が大きいほど震度は大きくなる傾向にあるが、断層のずれの方向や速度、震源の深さ、地面の構造や性質によって地上の揺れは大きく異なる。
地震の原因と震源3種類の断層。上：逆断層、中：正断層、下：横ずれ断層。
プレートテクトニクスも参照
研究段階であり完全に解明されたわけではないが、通常の地震はプレート運動により地殻内で応力が局所的に高まり、岩体の剪断破壊強度を超えて断層が生じあるいは既存の断層が動くことが原因であると考えられている。大きな地震では震源に近い別の断層が同時に動くこともある。火山活動に伴う地震（火山性微動）には断層と関係が無いものも多い。
断層を原因として発生する地震には大きく3種類ある。3種類の地震とも原因はプレートテクトニクスで説明できるとされている。
尚、2005年8月発表の京都大大学院理学研究科の嶋本利彦（構造地質学教授）らの研究によると、地震発生時に断層のすき間に水がある場合、断層のずれと水圧によって、強い地震の波が起きるとされている。
日本周辺では海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込み、両者の境界が応力により歪みを受け、ばねのように弾性力を蓄え、やがてそれが跳ね返る時に地震が起こると考えられている（弾性反発説）。跳ね返りで発生するといっても、実際は2つの地盤の面がずれて起こるもので、ずれた面を「断層」と呼ぶこともある。マグニチュード8クラスの大きいものはおよそ100〜200年周期で発生し、海溝型地震[2]とも呼ばれている。
