Bölgenin depremselliğine büyük ölçüde Kuzey Anadolu Fayı (KAF) damgasını vurmaktadır. Bu fay, doğrultu atımlı ve sağ yönlü aktif bir fay olarak tanımlanmaktadır. Ancak fayın, tek bir fay düzleminden meydana gelmediği, 500-1000 m’ler arasında genişliği değişen bir fay zonundan oluştuğu yapılan çalışmalarda ortaya çıkmıştır. Bu zonda metamorfizmaya uğramış kayaçlar, sıcak ve soğuk su kaynakları, traverten teşekkülleri, gölcükler vs. gibi unsurlar yer almaktadır. KAF zonu batıya doğru hareket eden Anadolu bloğunun kuzey sınırını oluşturmaktadır. Levhalar arasında bir sınır olması dolayısıyla çok can ve mal kaybına yol açan deprem üretmektedir.
Kuzey Anadolu Fayı, Mudurnu vadisini izleyerek girdiği Karadeniz Bölgesi’nde Abant, Bolu, Gereked, Çerkeş, Kurşunlu, Ilgaz, Tosya, Kargı, Havza, Ladik, Taşova, Niksar, Kelkit, Reşadiye ve Suşehri hattını izler. Bölge sınırları dışında Erzincan üzerinden Karlıova’ya kadar açık olarak takip edilebilir. Son dönemlerde yapılan hesaplara dayanılarak hızı 1-1.3 cm/yıl olarak belirlenmiştir. Fay üzerindeki depremler oluş tarihleri açısından incelendiğinde son dönemde doğudan batıya doğru bir hareket göstermiştir. Bu depremlerin göçü olarak değerlendirilmektedir. 967-1050 yılları arasında batıdan doğuya doğru, 1254-1784 yılları arasında yine batıdan doğuya doğru gerçekleşen depremler, 1939’dan itibaren doğudan batıya doğru bir sıralanış göstermişlerdir. 1939 Erzincan depremi ile 32 bin kişi ölmüştür. 1942’de Ms=7.0 büyüklüğündeki bir deprem ile Erbaa (Tokat)’da 3000 kişi, 1943’de Ladik (Samsun)’te Ms=7.2 büyüklüğündeki bir deprem ile 4000 kişi, 1944’de Gerede-Çerkeş oluğunda Ms=7.2 büyüklüğündeki bir depremde 3959 kişi öldü. 1957 yılında meydana gelen Abant (Bolu) depreminde Ms=7.1 büyüklüğüne erişilmiştir. Kırsal kesimde olması nedeniyle bu depremde can kaybı 52 ile sınırlı kalmıştır. Bu depremler Richter ölçeğine göre IX-X şiddetinde olan depremlerdir. Bu depremlerin arasında daha küçük büyüklüğe sahip fakat can ve mal kaybına yol açan depremler de vardır. Son Marmara depreminde ise 50.000 den fazla insan ölmüştür.
Karadeniz Bölgesinde depremlerin büyük kısmı Kuzey Anadolu Fay Zonuna bağlı olarak meydana gelmekle birlikte, bu zonun dışında da depremler oluşmaktadır. 1968 yılında Bartın-Amasya’da meydana gelen deprem Ms=6.5 büyüklüğünde olmuş, 29 kişi vefat etmiştir. Deprem sırasında Amasya yakınlarında kıyı 30-40 cm kadar yükselmiştir. 1986 yılında Merkezi Rize açıkları olan daha küçük büyüklüğe sahip bir deprem ise Doğu Karadeniz Bölümü’ndeki bütün illerde ve Erzurum ile Erzincan’da da hissedilmiştir.