天竜川流域の中央構造線は天竜川本流ではなく、左岸の伊那盆地の東側を流れている。支流の三峰川・小渋川・遠山川・水窪川が、中央構造線沿いの谷をもつ。分杭峠・地蔵峠他の国中分水界が支流を分けている。

　中央構造線は、JR中部天竜駅付近で、本流を通過している。ここでは断層によって川道が180度左方向に回転右岸より支流大千瀬川が合流している。