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。規模が大きいときには、海域での地震発生に伴って、津波が発生することがある。震源断層は海洋プレートと大陸プレートの境界そのものである。震源域が広く規模が大きいため、被害が広範囲にわたることがある。
日本付近では2003年9月に発生した十勝沖地震や、近い将来の発生が指摘されている東海地震が例として挙げられ、東南海・南海沖の南海トラフ、宮城県沖や三陸沖の日本海溝、根室沖などの千島海溝でも発生する。震源地は地面の下だが、関東大震災の原因となった関東地震も相模トラフの地震であり、この分類に含まれる。日本以外でもメキシコやチリ沖などの太平洋沿岸で大規模な海溝型地震が発生する。
なお、2005年8月16日発生の宮城県沖のM7.2の地震はこのタイプであったが、想定されている再来宮城県沖地震ではないという結論が同年8月17日の地震調査委員会で出された。
大陸プレートが海洋プレートに押され続けたその力に耐えかねてあちこちでひび割れ、押された力を上下に逃がす形で山が高く、谷が深くなるように岩盤が動くこととして説明される。このときに生じるひび割れが活断層である。岩盤が断層を境に上下にずれるのが通常であるが、場所によっては水平にずれることもある（詳細は断層を参照のこと）。地震の規模は活断層の大きさによるが、大きいものではM7〜8に達する。内陸の活断層は都市の直下や周辺にあることも少なくなく、直下型地震[3]とも呼ばれる。
このような構造は、大陸プレート同士が押し合い衝突しているヒマラヤ山脈北側、海洋プレート同士が押し合い一方がもう一方の下に沈みこんでいる伊豆・小笠原海溝西側やケルマデック海溝西側などにもみられ、ここでも押されている側のプレートの内部にひび割れ（断層）ができて地震が発生する。また、押している側の海洋プレート内部でもひび割れ（断層）ができて地震が発生することもあるが、頻度が低く規模も小さい。
同一の活断層での発生は数百年から数万年に1回の頻度とされている。都市の直下で発生すると甚大な被害をもたらすことがあるが、大きな揺れに見舞われる範囲はプレート境界でおこる地震と比べると狭い領域に限られる。
1995年1月の兵庫県南部地震（M7.3、最大震度7）や2000年10月の鳥取県西部地震（M7.3、最大震度6強）、2004年10月の新潟県中越地震（M6.8、最大震度7）や2007年3月25日に発生した能登半島地震（M6.9、最大震度6強）、更に最も新しいものでは2008年6月14日に発生した岩手・宮城内陸地震（M7.2、最大震度6強）などが該当する。日本以外でも、アメリカの西海岸、フィリピン、インドネシア、アフガニスタン、イラン、トルコ、ニュージーランドなどにも活断層が密集しており、大きな直下型地震が発生する。このタイプの地震の発生を予測するために、地震学者たちは1980年以後日本全土の活断層を調査し、危険な断層を順次評価している。
