H Μήλος, μαζί με τη Σαντορίνη, παρουσιάζει την πιο ενδιαφέρουσα ηφαιστειακή γεωλογία στον ελλαδικό χώρο.

Το νησί αποτελείται, σχεδόν αποκλειστικά, από ηφαιστειακά πετρώματα, και το υπέδαφός του είναι πλούσιο σε ορυκτά και κοιτάσματα.

Η εξόρηξη, η επεξεργασία και η εμπορική εκμετάλλευση των ηφαιστιογενών  ορυκτών της Μήλου αποτέλεσαν και εξακολουθούν να αποτελούν την κυριότερη πλουτοπαραγωγική της πηγή.

Η Μήλος είναι το μεγαλύτερο κέντρο παραγωγής και επεξεργασίας περλίτη και μπετονίτη στην Ε.Ε., ενώ υπάρχουν, σε μικρότερες ποσότητες, κοιτάσματα καολίνη, ποζολάνης, θείου, βαρύτη και γύψου.

Διαθέτει, επίσης, τις καλύτερες στον κόσμο εμφανίσεις οψιδιανού ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή εργαλείων ήδη από το τέλος της Μεσολιθικής εποχής.

Κατά μήκος των ακτών της, που φτάνουν τα 126 χιλιόμετρα, υπάρχουν 70 μικρές και μεγάλες καταγάλανες παραλίες, άλλες αμμουδερές κι άλλες σχηματισμένες από εντυπωσιακά ηφαιστειακά πετρώματα, όπως το Σαρακήνικο και οι Θειάφες.

Η Μήλος έχει ένα από τα μεγαλύτερα γεωθερμικά πεδία στον κόσμο και φημίζεται για τις θερμές ιαματικές πηγές της – με θερμοκρασίες από 33οC έως 44οC - που έγιναν γνωστές πολύ νωρίς, χάρη στις αναφορές του Ιπποκράτη.