Sulle pareti della sala geologica si raccontano in maniera semplice i dati essenziali del grande fiume: lunghezza, dislivello dalla sorgente alla foce, confluenze degli affluenti. Ma soprattutto si mostra che il suo scorrere, attraverso la capacità di erodere, trasportare e depositare detriti rocciosi, produce un’intensa e continua azione di modellamento del paesaggio. Teche di sedimenti fluviali stratificati riproducono sezioni della pianura del Tevere vicino alla foce. Vi si riconoscono strati ciottolosi chiari (formatisi durante le piene), livelli sabbiosi giallastri e strati di limi grigi deposti quando il fiume scorreva lentamente nei momenti di magra.