นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาและรวบรวมข้อมูล เพื่อสรุปเป็นทฤษฎีอธิบายสาเหตุการเกิดของแผ่นดินไหว ในปัจจุบันทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Plate Tectonics Theory) ได้รับการยอมรับมากที่สุด ทฤษฎีนี้พัฒนามาจากทฤษฎีว่าด้วยทวีปเลื่อน (Theory of Continental Drift) ของอัลเฟรด โลทาร์ เวเกเนอร์ (Alfred Lothar Wegener พ.ศ. ๒๔๒๓ - ๒๔๗๓ นักวิทยาศาสตร์ ชาวเยอรมัน) ซึ่งเสนอไว้เมื่อ พ.ศ. ๒๔๕๕ ต่อมา แฮร์รี แฮมมอนด์ เฮสส์ (Harry Hammond Hess พ.ศ. ๒๔๔๙ - ๒๕๑๒ นักธรณีวิทยา ชาวอเมริกัน) ได้เสนอแนวคิด ที่พัฒนาใหม่นี้ในทศวรรษ ๒๕๐๐
ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ได้อธิบายว่า ปรากฏการณ์แผ่นดินไหวเกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเป็นลำดับขั้นตอนดังนี้ เมื่อโลกแยกตัวจากดวงอาทิตย์มีสภาพเป็นกลุ่มก๊าซร้อน ต่อมาเย็นตัวลงเป็นของเหลวร้อน แต่เนื่องจากบริเวณ ผิวเย็นตัวลงได้เร็วกว่าจึงแข็งตัวก่อน ส่วนกลางของโลกยังคงประกอบด้วยของธาตุหนักหลอมเหลว ในทางธรณีวิทยา ได้แบ่งโครงสร้างของโลกออกเป็น ๓ ส่วนใหญ่ๆ เรียกว่า เปลือกโลก (crust) เนื้อโลก (mantle) และแก่นโลก (core) เปลือกโลกเป็นส่วนที่เป็นของแข็งและเปราะ ห่อหุ้มอยู่ชั้นนอกสุด ของโลก จนถึงระดับความลึกประมาณ ๕๐ กิโลเมตร เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ธรณีภาคชั้นนอก หรือลิโทสเฟียร์ (Lithosphere) ใต้ชั้นนี้ลงไปเป็นส่วนบนสุดของชั้นเนื้อโลก เรียกว่า ฐานธรณีภาค หรือแอสเทโนสเฟียร์ (asthenosphere) มีลักษณะเป็นหินละลายหลอมเหลวที่เรียกว่า หินหนืด (magma) มีความอ่อนตัวและยืดหยุ่นได้ อยู่ลึกจากผิวโลกลงไป ๑๐๐ - ๓๕๐ กิโลเมตร ใต้จากฐานธรณีภาคลงไป ยังคงเป็นส่วนที่เป็นเนื้อ โลกอยู่ จนกระทั่งถึงระดับความลึกประมาณ ๒,๙๐๐ กิโลเมตรจากผิวโลก จึงเปลี่ยน เป็นชั้นแก่นโลก ซึ่งแบ่งเป็น ๒ ชั้นย่อย คือ แก่นโลกชั้นนอก และแก่นโลกชั้นใน โดยแก่นโลกชั้นในนั้นจะอยู่ลึกสุดจนถึงจุด ศูนย์กลางของโลก ที่ระดับความลึก ๖,๓๗๐ กิโลเมตร จากผิวโลก
การเกิดแผ่นดินไหวนั้น ส่วนใหญ่จำกัดอยู่เฉพาะที่ชั้นของเปลือกโลก โดยที่เปลือกโลกไม่ได้เป็นชิ้นเดียวกันทั้งหมด เนื่องจากว่าเมื่อของเหลวที่ร้อนจัดปะทะชั้นแผ่นเปลือกโลก ก็จะดันตัวออกมา แนวรอยแยกของแผ่นเปลือกโลกจึงเป็นแนวที่เปราะบางและเกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหวและ ภูเขาไฟระเบิดมาก จากการบันทึกประวัติปรากฏการณ์แผ่นดินไหว ทำให้สามารถประมาณการแบ่งของแผ่นเปลือกโลกได้เป็น ๑๕ แผ่น คือ
- แผ่นยูเรเชีย (Eurasian Plate)
- แผ่นแปซิฟิก (Pacific Plate)
- แผ่นออสเตรเลีย (Australian Plate)
- แผ่นฟิลิปปินส์ (Philippines Plate)
- แผ่นอเมริกาเหนือ (North American Plate)
- แผ่นอเมริกาใต้ (South American Plate)
- แผ่นสโกเชีย (Scotia Plate)
- แผ่นแอฟริกา (African Plate)
- แผ่นแอนตาร์กติก (Antarctic Plate)
- แผ่นนัซกา (Nazca Plate)
- แผ่นโคโคส (Cocos Plate)
- แผ่นแคริบเบียน (Caribbean Plate)
- แผ่นอินเดีย (Indian Plate)
- แผ่นฮวนเดฟูกา (Juan de Fuca Plate)
- แผ่นอาหรับ (Arabian Plate)
แผ่นเปลือกโลกที่กล่าวมาแล้วไม่ได้อยู่นิ่ง แต่มีการเคลื่อนที่คล้ายการเคลื่อนย้ายวัตถุบนสายพานลำเลียงสิ่งของ จากผลการสำรวจท้องมหาสมุทรในช่วงทศวรรษ ๒๔๙๐ พบว่า มีแนวสันเขากลางมหาสมุทร รอบโลก (Global Mid Ocean Ridge) ซึ่งมีความยาวกว่า ๕๐,๐๐๐ กิโลเมตร กว้างกว่า ๘๐๐ กิโลเมตร จากการศึกษาทางด้านธรณีวิทยา พบว่า หินบริเวณสันเขาเป็นหินใหม่ มีอายุน้อยกว่าหินที่อยู่ในแนวถัดออกมา จึงได้มีการตั้งทฤษฎีว่า แนวสันเขากลางมหาสมุทรนี้คือ รอยแตกกึ่งกลางมหาสมุทร รอยแตกนี้เป็นรอยแตกของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งถูกแรงดันจากหินหนืดภายในเปลือกโลกดันออกจากกันทีละน้อย รอยแยกของแผ่นเปลือกโลกที่กล่าวมาแล้ว ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกต่างๆ