Образование острова в нынешних очертаниях произошло около 4 - 7 тыс. пет назад, в первой половине голоцена, когда в ходе мощной трансгрессии шельф залива Петра Великого был затоплен с проникновением морских вод по речным долинам и другим сниженным зонам рельефа. Активная абразия, следы которой зафиксированы на всех островах, способствовала возникновению современной конфигурации береговой линии.
Остров характеризуются мелкогорным рельефом. Максимальные отметки господствующих гор: высшая отметка о. Русского - около 300 м. Остров имеет довольно обширные участки холмисто-увалистого рельефа с высотами до 30 - 70 м, разделяющего отдельные вершины или удлиненные массивы. Для острова наиболее сниженные зоны денудационного рельефа совпадают с их осевыми зонами, а по краям, непосредственно вдоль берега моря, простираются небольшие хребты, в какой-то мере защищающие центральные части острова от сильных ветров и туманов. Наиболее обширный коридор сниженного рельефа. Прибрежная равнина с глубоко вдающимися в сушу бухтами имеет абсолютные высоты не более 4 м, сильно заболочена, на ее поверхности имеются многочисленные мелкие озера (лентовидные старичного происхождения и округлые - остатки лагун).
Крутые склоны останцовых массивов расчленены глубоко врезанными щелевидными ложками и оврагами, которые дренируются небольшими ручьями и многочисленными родниками. В вершинах ложков наблюдаются водосборные воронки иногда с почти отвесными склонами.
Геологическое строение островов определяется условиями образования рельефа. На горных участках преобладают коренные и метаморфические породы с высокой несущей способностью, прикрытые тонким почвенным слоем. В долинах и на побережье преобладают осадочные аллювиальные отложения, чаще всего обводнённые или заболоченные.
Гидрогеологическая изученность островов крайне слаба. По имеющимся фондовым материалам можно полагать, что ресурсы подземных пресных вод на островах невелики и без дополнительных гидрогеологических изысканий не могут считаться надёжными источниками питьевого водоснабжения.
Поверхностная гидросеть развита на острове Русском, где за счет ее ресурсов удовлетворяется основная часть потребностей постоянных жителей в питьевой и технической воде. Относительно хорошо обеспечены поверхностными водами побережья бухт Воевода, Боярин, западные и южные участки п-ова Кондратенко.
В кутовую часть бухты Воевода - бухту Мелководную - впадает наиболее крупная на острове речка Русская (Воеводиха) с объемом стока около 20 тыс. м3 воды в сутки в среднем. На восточном побережье острова, у мыса Ахлестышева и вблизи кутовой части бухты Новик имеются небольшие озера.
На острове Русском известны фрагменты эвгеосинклинального комплекса, относимого условно к силуру-девону, но геоантиклинальное развитие антиклинория (включающего о. Русский) проявилось уже в девоне. Об этом свидетельствует обнажающаяся в его ядре в районе г. Артема средне-верхнедевонская осадочно-вулканогенная толща геоантиклинального типа. Залегающие на ней и допермских гранитоидах прибрежно-морские и континентальные пермские отложения, распространенные на всем протяжении антиклинория и характеризующиеся большим участием в них эффузивов андезито-липаритовой формации, также представлены геоантиклинальны образованиями. Морские триасовые, местами и континентальные меловые отложения распространены главным образом в крыльях антиклинориев. Вплоть до перми, возможно и начала триаса, в зоне антиклинория существовали отдельные острова (в девоне и перми вулканические), но позже он выступал в виде полуострова. От разрушенной и ныне затопленной южной части ядра антиклинория сохранились лишь небольшие острова Римского-Корсакова, сложенные пермскими отложениями и прорывающими их гранитами. Через них проходит ось положительных гравитационных и магнитных аномалий, по которым и прослеживается структура антиклинория. Аномалии полностью затухают несколько восточнее полуострова Гамова, где замыкается и структура антиклинория, не распространяющаяся до материкового склона.
Единая геологическая история определила сопряженное развитие подводного и надводного рельефа побережья. Основные черты морфологии побережья островов, заливов и бухт таковы: высокие абразионные и абразионно-денудационные берега по бортам и низкие аккумулятивные берега в вершине. Побережье вершин - это аллювиально-морские террасы, иногда осложненные береговыми валами.
Распределение аллювиально-речных и аллювиально-озерных отложений на островах залива Петра Великого очень ограничено, исключение составляют пониженные элементы рельефа крупных островов, заполненные мелкодисперным материалом, где их мощность колеблется от 0,5 до нескольких метров. Современные аллювиальные отложения характерны для бассейнов мелких рек и ручьев, протекающих по территории островов, но они имеют небольшое распространение. Островные почвы формируются преимущественно на элювии или элюво-делювии горных пород, выходящих на дневную поверхность.
Большинство почв острова Русский (до 50%) формируется на корах выветривания познепермских гранитов и гранодиоратов, преимущественно кислого состава. Почвы являются частью зоны хвойно-широколиственных лесов, входящей в Восточную буроземно-лесную почвенную область. Само название почвенной области свидетельствует о широком распространении здесь бурых лесных почв, в основе формирования которых лежит буроземообразовательный процесс. Островное почвообразование, по сравнению с материковым, имеет определенное отличие, которое находит отражение в морфологии, физико-химических свойствах и генезисе этих почв (Ивлев, Прозоров, 1973).
Взаимоотношение континента и океана накладывает отпечаток на общую направленность почвообразования и обусловливают формирование своеобразной макроструктуры почвенного покрова в пределах отдельных групп экосистем. Основными компонентами почвенного покрова о. Русский являются бурые лесные, темно-бурые иллювиально-гумусовые, желто-бурые, примитивные песчаные почвы морских побережий и лугово-болотные почвы депрессий.
Маршрутные исследования восточного побережья о. Русский свидетельствуют, что на нем основным компонентом почвенного покрова являются бурые лесные почвы и антропогенно-производные почвы.
Бурые лесные почвы формируются на элювии, элюво-делювии песчаников под изреженными дубовыми лесами (высота древостоя 8 - 10 м, диаметр 11 - 22 см) с леспедециево-лещиновым кустарниковым ярусом и напочвенным покровом из лесного разнотравья (проективное покрытие 30-45%) (Пшеничников, Голов, 1997). Для почв характерен сильнощебнистый, маломощный (40-50 см) профиль, включающий подстилку мощностью 2 - 4 см; аккумулятивно-гумусовый горизонт А1А2 (0 - 15 см) с явно выраженными признаками оподзоливания; иллювиальный горизонт В мощностью 15 - 20 см, серовато-бурого цвета, сменяющийся горизонтом ВС, представленным элювием, делювием песчаника с небольшим количеством мелкозема.
Высокая щебнистость и хорошая оструктуренность почвенной массы обусловливает благоприятные условия для элюво-делювиальной дифференциации ила, физической глины, что определяет повышенную оглиненность средней части профиля. Почвы формируются в условиях сильнокислой реакции среды, наиболее низкие значения приурочены к средней части профиля. Они выделяются невысокой гумусированностью не только горизонта А1А2 (8 - 9%), но и подгумусовых горизонтов (2,0 - 2,4%), что видимо является следствием периодической пирогенной минерализации опада и подстилки и быстрым выносом ее продуктов ливневыми осадками. Для почв характерен гуматно-фульватный состав гумуса и довольно высокое содержание черных гуминовых кислот, составляющих 50-60% от содержания бурых гуминовых кислот, большей частью осаждающихся в аккумулятивно-гумусовом горизонте (Пшеничникова, Пшеничников, 1997).
Наряду с бурыми лесными оподзоленными почвами на о. Русском под лещиновыми зарослями формируются своеобразные буроземы, которые можно рассматривать как темно-бурые иллювиально-гумусовые почвы. В профиле этих почв под подстилкой выделяется темно-серый до черного аккумулятивно-гумусовый горизонт А1 мощностью 8 - 10 см, который переходит в подгумусовый иллювиальный горизонт с явно выраженной потечностью и иллювиированием гумуса, о чем свидетельствует языковатый характер перехода этого горизонта в нижележащую часть профиля и повышенная гумусированность по местам повышенной щебностисти и ходам корней и его буроватого цвета. Мощность этого горизонта составляет 10-13 см. Нижележащий горизонт ВС сильнощебнистый, серовато-бурого цвета.