Le sous-sol de Marseillan est formé de roches sédimentaires et d’alluvions. La mer était avancée d'une quinzaine de kilomètres à l'intérieur des terres jusqu'aux environs de la ville actuelle de Pézenas.
La commune de Marseillan est riveraine de l'étang de Thau, de l'étang du Bagnas et de la mer Méditerranée.
Au lieu-dit les Onglous, le canal du Midi, reliant l'Océan Atlantique à la Méditerranée, se jette dans l'étang de Thau. Il alimente aussi l’étang du Bagnas situé dans la commune voisine d'Agde.
Le canal de Pisse-Saumes relie l'étang de Thau à la Méditerranée et c'est autour de son embouchure que s'articule Marseillan-Plage.
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