В геологическом отношении район Карамышевского узла характеризуется напластованием значительного количества лесков различной крупности, чистых или с примесями гравия и гальки. Под песками залегает обычно юрская глина. В основании шлюза № 9 лежат известняки, подстилаемые юрскими глинами. Верхние горизонты характеризуются песчаными отложениями, пойма же реки — наличием аллювиальных отложений в виде песков различной крупности и различной мощности их залегания в отдельных точках.

Расход Москва-реки у Карамышевского узла сооружений в естественном состоянии колеблется от 6,0 до 2 860 м3/сек. В результате создания водохранилища на р. Истре гл. IV максимальный расход Москва-реки снижается приблизительно на 380—390 м/сек, поэтому расчетный расход для Карамышевской плотины принят в 2 450 м/сек.

Карамышевская бетонная плотина расположена непосредственно в русле Москва-реки в 206 км от ее устья. Плотина имеет 5 пролетов по 20 му перекрытых сегментными металлическими затворами с деревянной обшивкой. Три левых пролета имеют сдвоенные затворы при высоте нижнего затвора 4,5 м и верхнего 1,5 м. Последние служат для пропуска льда при малых расходах и регулировки горизонта верхнего бьефа. Плотина имеет 4 бычка, устои и подпорные стенки, ограждающие площадки устоев. К правому устою, плотины примыкает дамба, обваловывающая пойменный берег реки. Длина плотины — 116 м, наибольшая высота—18,5 м, наибольший напор — 8 м.

В основании плотины залегают юрские глины значительной мощности. В основании устоев, бычков и подпорных стенок забиты сваи.

Непосредственное продолжение Карамышевской плотины составляет ГЭС, расположенная между плотиной и левым пойменным берегом Москва-реки.