Hòn đảo là kết quả của một chuỗi lặp đi lặp lại của núi lửa hình khiên được tạo nên theo sau sự sụp đổ của miệng núi lửa.[13] Vùng bờ biển bên trong xung quanh miệng núi lửa là một bờ vực thẳng đứng với độ sâu trên 300 m từ điểm cao nhất, và phô bày các địa tầng khác nhau của dung nham cứng hóa trên đỉnh và đô thị chính được xây dựng tại chóp của vực. Mặt đất sau đó dốc ra phía ngoài và đi xuống phần chu vi ngoại vi, và các bãi biển ngoại vi mịn và nước nông. Màu sắc của các bãi cát phụ thuộc vào lớp địa chất lộ ra; có những bãi biển với cáy hoặc đá cuội tạo thành từ nham thạch cứng hóa với các màu khác nhau: đỏ, đen, trắng.... Nước tại các bãi biển có màu tối hơn thường ấm hơn do dung nham hấp thu nhiệt.

Santorini và Anafi là một trong những địa điểm hiếm hoi tại châu Âu có khí hậu sa mạc nóng theo hệ thống phân loại khí hậu Köppen.[14]