İstanbul'daki en önemli fay hatlarından biri Kuzey Anadolu Fay Hattı'dır. Bu fay hattı, Türkiye'nin kuzeyinde yer alır ve batıdan doğuya doğru uzanır. Kuzey Anadolu Fay Hattı'nın İstanbul'dan geçen kısmı, Marmara Denizi'nin altından geçer ve İstanbul'da ciddi bir deprem riski oluşturur. 1999 yılında Kuzey Anadolu Fay Hattı'nda meydana gelen Marmara Depremi, İstanbul'un da hissettiği ve büyük hasara yol açan bir depremdi.
Bunun yanı sıra İstanbul'da bir diğer önemli fay hattı, Silivri-Marmaraereğlisi Fay Hattı'dır. Bu fay hattı, Marmara Denizi'nin batısında yer alır ve aktiftir. İstanbul'da Silivri-Marmaraereğlisi Fay Hattı'ndan kaynaklanabilecek bir deprem, şehirde ciddi hasarlara ve can kayıplarına neden olabilir.
Diğer fay hatları arasında, batısındaki Ganos Fay Hattı ve doğusundaki Karadeniz Fay Hattı sayılabilir. Bu fay hatları da İstanbul'da hissedilebilecek depremlere neden olabilirler.