Фессалийский возможно нефтегазоносный бассейн образован на базе крупного грабен-синклинория внутри горных складчатых цепей Динарских гор (Балканский п-ов). Бассейн, расположенный большей частью в пределах Греции и частично в Албании, представляет узкую впадину, вытянутую с юго-востока на северо-запад. Размеры бассейна до 200 км в длину и до 40 км в ширину. С северо-востока бассейн ограничен Пелагонийским антиклинорием, сложенным кристаллическими допалеозойскими породами, и мезозойскими отложениями Аксиосской зоны; с юго-запада и юга — мезозойскими образованиями Олонос-Пиндосской и Элленской зон. Юго-западная граница проводится по региональному разлому.
Фессалийский грабен-синклинорий выполнен мощной — до 5 км — осадочной толщей третичных отложений. Разрез начинается песчаниками (200 м) с базальными конгломератами олигоцена, несогласно перекрывающими дислоцированные, более древние образования. Выше залегают белые глины, мергели с линзами углей. В верхней части появляются кварцевые песчаники с конгломератами. Еще выше залегают известняки бурдигальского яруса, глины и мергели гельветского, песчаники тортонского ярусов. В южной части бассейн с поверхности покрыт четвертичными отложениями.
В Фессалийском бассейне известны выходы горючего газа, с отложениями олигоцена связаны небольшие скопления асфальта, а также известны насыщенные битумом мергельные сланцы.
В силу плохой изученности перспективы обнаружения скоплений нефти и газа неясны.