此次地震震级达8.5级，震中位于宁夏海原县当时属甘肃省，震源深度约17公里。地震发生时，地面剧烈晃动，持续时间超过10分钟，造成了大规模的地表破裂。据地质考察，地震引发的断裂带长达237公里，水平位移最大达10米，垂直位移约1米，形成了一系列断层崖、地裂缝和鼓包，地貌改变至今清晰可见。
海原大地震的波及范围极广，影响到中国西北、华北、西南等多个地区，甚至远至上海、北京等地都有明显震感。震中区域破坏尤为严重，海原县及周边的固原、西吉、靖远等地房屋几乎全部倒塌，山体滑坡、地裂缝、喷砂冒水等次生灾害频发，部分地区形成了堰塞湖。据记载，地震导致约28万人遇难，数十万人受伤，数家庭流离失所，是20世纪中国死亡人数最多的地震之一。
作为典型的走滑型地震，海原大地震与青藏高原东北缘的海原断裂带活动直接相关。该断裂带是青藏高原向东北方向推挤的重要构造边界，长期积累的应力在此次地震中集中释放，引发了剧烈的板块运动。这一事件也成为中国现代地震学研究的重要案例，推动了对大陆内部强震机制的认识。
如今，海原大地震遗址已成为重要的地质研究和科普教育基地，断裂带的痕迹仍在声诉说着百年前那场灾难的震撼。1920年的这场地震，不仅在自然科学史上留下深刻印记，更让人们铭记地壳运动的威力与生命的脆弱。