Tunceli il sınırları içerisindeki fay sistemlerinin değerlendirilmesi MTA diri fay haritası kullanılarak yapılmıştır. Tunceli ili Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) Yedisu Segmenti, Ovacık Fayı, Nazımiye Fayı ve Güney Doğu Anadolu Fayı gibi hem Türkiye’nin ana deformasyon kuşakları hem de Ovacık ve Nazımiye Fayları gibi ikincil deformasyon kuşaklarının etkisi altındadır. Tunceli ili depremsellik açısından riskli bir bölgede yer almaktadır. Tunceli’nin kuzey Doğusunda sismik olarak aktif dünyaca bilinen bir fay zonu olan Kuzey Anadolu Fay zonu (KAFZ) Yedisu Segmenti geçmektedir. Bu fay zonu içerisinde Kuzey doğuda bulunan Pülümür ilçesi yer almaktadır. Ayrıca Pülümür ilçesi Pülümür fayı, Heltepe fayı olarak adlandırılan yoğun deprem riskinin bulunduğu alanda bulunmaktadır. Pülümür ilçesi Kuzey Anadolu Fayı ile Doğu Anadolu Faylarının Karlıova’daki birleşme noktasının batısında, Erzincan-Karlıova-Elazığ üçgeni olarak adlandırılan ve aktif fayların yoğun olarak bulunduğu bir alanda yer almaktadır. Doğuda bulunan Nazimiye ilçesinde sağ yanal atımlı Nazimiye fayı geçmektedir.
Diğer önemli fay Kuzey batıya düşen Ovacık ilçesi sol yanal atımlı Malatya-Ovacık diri fayıdır. Güneydinden geçen en önemli fay olan Doğu Anadolu Fay bindirmesi alanı içindedir. İlin bu ana fayların dışında bölgede uzunlukları 10-25 km arasında değişen çok sayıda aktif fay bulunmaktadır. Bölgedeki jeolojik ve jeomorfolojik yapıdan dolayı heyelan ve çığ benzeri afetler sıklıkla yaşanmaktadır.