Theo các thuật ngữ địa chất, sông Hudson đôi khi được gọi là cửa sông. Trong thời kỳ Băng hà Đệ Tứ gần đây, sự triệt thoái của băng giá Wisconsin đã làm mực nước biển dâng cao, hình thành một vịnh hẹp nhấn chìm vùng đồng bằng ven biển và đưa nước mặn xấm lấn phía trên cửa sông. Đáy sông cũ bị xói mòn sâu bên ngoài hẻm núi Hudson, đường bờ hiện nay, và là một khu vực có nhiều cá. Trước kia, đáy sông được phân định rõ ràng nằm bên dưới các vùng nước Đại Tây Dương, kéo dài đến rìa thềm lục địa.[17] Kết quả của thời kỳ băng hà và mực nước biển dâng cao, phần nửa dưới của sông Hudson hiện nay là cửa sông, bao gồm vịnh Hudson. Vịnh hẹp này được ước tính đã hình thành từ 26.000 đến 13.300 năm trước.[18]

Dọc theo dòng sông, các vách dựng đứng được tạo nên từ các loại đá như đá bazan biến chất hay đá diabaz. Trong khi đó, các cao nguyên chứa chủ yếu là đá hoa cương và gneis với đá lửa xâm nhập; và từ Beacon đến Albany là đá phiến sét và đá vôi, hay chủ yếu là đá trầm tích.[16]

Eo biển thủy triều The Narrows rất có khả năng được hình thành cách đây khoảng 6.000 năm vào cuối thời kỳ băng hà cuối cùng. Xưa kia, đảo Staten và Long Island từng nối liền với nhau, ngăn không cho sông Hudson xuyên qua eo biển Narrows để kết thúc dòng chảy và đổ vào biển. Vào lúc đó, sông Hudson đổ ra Đại Tây Dương theo dòng chảy lệch về hướng tây nhiều hơn, qua các phần của miền bắc New Jersey ngày nay, dọc theo sườn phía đông của dãy núi Watchung đến Bound Brook, New Jersey và sau đó đổ vào Đại Tây Dương qua vịnh Raritan. Sự tích tụ nước ở Vịnh Thượng New York cuối cùng đã giúp sông Hudson phá vỡ khối đất liền trước đó nối liền đảo Staten và Brooklyn để tạo thành eo biển Narrows như ngày nay. Thông qua lộ trình hiện tại giữa New Jersey và Thành phố New York, sông Hudson đã có một tuyến đường ngắn hơn đến Đại Tây Dương.[19][5]

Trầm tích lơ lửng (suspended sediment), chủ yếu bao gồm đất sét bị xói mòn từ trầm tích băng và các hạt hữu cơ, có thể được tìm thấy rất nhiều ở dòng sông. Sông Hudson có lịch sử xói mòn tương đối ngắn, vì vậy dòng sông không có đồng bằng bồi đắp lớn gần cửa sông. Khác với đa số các cửa sông khác ở Hoa Kỳ, sự thiếu hụt trầm tích ở cửa sổ Hudson là rất đáng kể. Xung quanh cảng New York, trầm tích cũng chảy vào cửa sông từ đại dương khi dòng chảy của dòng sông hướng về phía bắc.[20]