Этот бассейн соответствует в южной части территории Центрально-Камчатского прогиба, расположенного между Восточно- и Западно-Камчатскими зонами поднятий, и в северной части — Олюторской впадине. Геологическое строение бассейна изучено крайне недостаточно. Большая часть. Центрально-Камчатского прогиба покрыта плащом четвертичных образований и эффузивных покровов. В северной части этого прогиба выделяются Олюторско-Хатырская и Ильпинская впадины и Пылгинское поднятие. В пределах южной части Камчатско-Олюторского прогиба выделяются западная — Центрально-Камчатская и восточная — Восточно-Камчатская ветви прогиба, разделенные Восточно-Камчатской (Валагинской) зоной поднятий. Последняя представлена цепочкой поднятий горстового типа, слеженных породами меловой системы и, возможно, палеогена и вытянутых в северо-восточном направлении. К первой из них приурочен Центральный Камчатско-Олюторский, а к второй — Восточно-Камчатский возможно нефтегазоносные бассейны.
Тектоническое строение Центрального Камчатско-Олюторского бассейна известно лишь в общих чертах. В его составе, начиная с севера, выделяются Олюторская, Озорновская и Козыревская впадины. Олюторская впадина расположена непосредственно к северо-востоку от запада Анапки и вытянута в этом направлении почти на 100 км; ширина ее около 40 км. Наиболее прогнутая часть выполнена отложениями неогена, из-под которых в периферийных частях выходят палеогеновые образования. Вдоль бортов она осложнена крупными дизъюнктивными нарушениями. В геологическом отношении Олюторская впадина изучена крайне слабо.
Озерновская впадина расположена в бассейне р. Озерной, севернее вулкана Шевелуч. Она выделяется по синклинальному залеганию различных напластований третичной системы. Наиболее прогнутая часть ее слагается самыми молодыми частями третичного разреза, а бортовые ее части сложены низами неогена и палеогеном. Впадина вытянута в северо-восточном направлении. Длина ее более 100 км, ширина достигает 60 км.
Козыревская впадина условно выделяется в южной части Западно-Камчатского прогиба, между широтой вулкана Шевелуч на севере и с. Долиновка в верховье р. Камчатки. Эта впадина выполнена третичными отложениями.
Среди третичных отложений, выполняющих эти впадины, встречены признаки нефти в форме включений битумов. Перспективы поисков нефти в этом бассейне связываются с различными частями третичного разреза.