Berggrunnen består av magmatiske bergartar av kaledonsk opphav (sjå den kaledonske orogenesen), særleg gabbro. Her finn ein eit landskap med låge, vindblåste kollar, opptil 71 meter over havet i vest (Arasetet) og 65 meter over havet i aust (Børgje). Over øya går eit markert søkk i retning nord–sør. Her består grunnen av granitt og granodioritt, også av kaledonsk opphav, og her finn ein dei einaste lausavsetningane av betydning i kommunen. I dette dalsøkket er det lunare vêrforhold, og her finn ein nesten all landbruksjord og busetnad i kommunen.
Ved dei to endane av dalsøkket ligg Utsiras to hamner, i høvesvis Nordvågen og Sørvågen. Desse er knytte saman med ein rundt to kilometer lang veg. Trass i moloar begge stader har ingen av dei gode hamneforhold.
Øya er kjend for ein stor artsrikdom av fuglar i trekksesongen. Spannholmane naturreservat i sørvest er kommunens einaste naturvernområde. Det er et fuglefredingsområde på 281,6 dekar som ble verna i 1986. Det har ferdselsforbod i hekkesesongen.