二号线各车站、区间隧道主要修筑于第四系全新统、上中更新统风积及冲积土层中，属中硬场地土和中软场地土两类，前者主要分布渭河、潏河河床及阶地区、后者主要分布于黄土梁洼区。
沿线地层以人工填土、黄土、黄土状土、砂层、粉质黏土为主。对二号线影响较大的地质问题有地裂缝、饱和软黄土、湿陷性黄土、液化砂层。此外西安市的人工填土不仅分布广、厚度大，土层的产状和厚度在平面上变化迅速，而且性质十分复杂，人工填土在二号线广泛分布最厚处大于10m。