一、构造
德化县位于闽西南拗陷带与闽东火山断拗带交界部位。西北部属寿宁一华安断隆带中段，东南部为福安一南靖断裂带与闽江口一永定断裂带交汇地带。自元古界以后，县域地质构造历经多期次的构造变动、岩浆活动、变质作用的演变过程，最终形成以北东向构造为主、北西向与南北向构造次之、东西向构造零星分布的基本构造格局。
根据地层接触关系、沉积建造、岩浆活动、变质作用及构造形变特征，将戴云山德化县境内的地质构造发展划分为四堡—晋宁、加里东、华力西—印支、燕山及喜马拉雅山五个构造旋回。
石牛山位于戴云山脉东段，地质构造与戴云山脉基本保持一致，属浙闽活化古陆台。在古生代末期，广泛的造山运动使古陆台皱褶，形成构造复杂多样，具有多旋回、多构造层的特点。中、新生代，石牛山地质公园大地构造位置属于欧亚大陆板块东南缘，处于白垩纪活动大陆边缘裂陷系的西部、华夏古陆武夷隆起的西南部，处于多组断裂的复合部位，地质基面上广泛覆盖着中生代大山岩系岩层。晚侏罗世以来，一直处于东亚大陆边缘活动带的构造环境。福安—南靖北东向断陷带穿过园区。区内出露的地层有：晚侏罗世南园组、早白垩世黄坑组、寨下组、石牛山组。山体由白垩世晚期的花岗斑岩和石牛山组火山岩组成，主峰是一座典型的火山塌陷盆地，约形成于一亿年前，其主体由较细密的火熔岩构成，其间穿插一些花岗岩体。因千百万年的自然造化，失去原火山的面貌，但其主峰的岩石在风化等自然力的长期作用下，不断崩裂、倒塌，逐步形成奇石异洞，构成石牛山独特的地貌景观。
岱仙为大断层，发生于中生代晚白垔系花岗斑岩中，为北西向断层，断面光滑，断层面高180多米，宽200米以上，断裂活动错断了发源于石牛山的赤石溪，形成断层成因的岱仙瀑布和油漏漈瀑布。
九仙山属侏罗系中统长林组地层，白垩纪兜岭火山岩系石英斑岩。岩性为粉砂岩、砂岩夹长石、石英砂岩。地质构造为扬子和加里东构造层。在戴云山隆起基底，一系列北东—北东向褶皱，同时伴随着东西向断裂带，是德化早期构造运动产物。九仙山地处戴云山主峰西侧，在上春洋至汤头北北东向断裂层控制之中。
二、地层
德化县境内戴云山地层发育较全，岩浆活动频繁，火山作用强烈，地质构造复杂，是福建省金、铁、高岭土等矿产的重要成矿区。自中上元古界至第四系多有出露，其中以侏罗系、白垩系最为发育，根据地层层序、接触关系、岩石组合、古生物化石、火山喷发旋回及岩石化学成分，划分为35个岩石地层单位。
中一上元古界 是境内出露最老的基底地层，主要分布在西北部，小部分分布在西南部地带，根据其岩石组合、接触关系及变形变质等特征，分为大岭（岩）组和龙北溪（岩）组。
石炭系 境内分布零星，分别出露于石炭统林地组和石炭统船山组，由于受后期断裂破坏及岩石侵入，多呈断裂块或残留体小范围分布。林地组主要分布在九仙山东部等地区。船山组分布在湖头、曾坂、下涌、上涌及阳山等地。
二叠系 此系地层出露较全，有下统栖霞组、泉上组、文笔山组、童子岩组及上统翠屏山组。
三叠系 分布在县西部的春美、美湖及上涌等地区。按岩性、岩相、古生物及接触关系等特征，可分出下统溪口组及上统文宾山组。
侏罗系 境内侏罗系地层分布极为广泛，尤以晚侏罗系火山岩最为发育，根据岩性、岩相、接触关系、生物群及火山活动等特征，可分为下统梨山组、中统漳平组、上统长林组及南园组。
白垩系 境内的白垩系地层主要分布在中部梓桉、瑞坂一带。主要为陆相中酸性、酸性火山岩——火山碎屑沉积岩组成。根据地层层序、岩性组合、接触关系、古生物、同位素年龄及火山活动等特征，分为下统小溪组、黄坑组、寨下组及上统石牛山组。
第四系 境内第四系仅出露全新统。分布在城关、三班、上涌、下涌及淳湖等地的河谷盆地或山间盆地。主要为冲洪积松散堆积，组成I级阶地及河漫滩，厚度大于2.6米。堆积物自下而上，有漂砾层、卵石层、含黏土漂石层、粗砾层、中砂土层及粉砂质亚黏土层。上部腐殖层常形成泥煤矿产。
三、岩体
境内岩浆活动频繁，大部分是较为发育的侵入岩体。深层岩体主要分布在西北及西南部，中、东部零星分布浅层岩体。根据岩性、接触关系、岩浆演化及同位素年龄等特征，划分为志留系、二叠系、中三叠系、晚侏罗系、早白垩系及晚白垩系6个时代，即：志留系侵入岩为出露最老的侵入岩，有蒲洋格复式岩体和国宝岩体；二叠系侵入岩集中出露于吉安、大蛇、雷潭、西墘4个岩体；中三叠系侵入岩主要出露于上涌地区及阳山东部，有上涌复式岩体和上田岩体；晚侏罗系侵入岩最为发育，分布范围广，有深层和浅层29个岩体，占侵入岩总面积的45％；早白垩系侵入岩分布较为零星，以深层岩体为主，少数为浅层岩体，多呈岩瘤、岩墙、岩脉出露．一般规模较小，较大者分别出露于九仙山、上坂、前芹等3个地区；晚白垩系侵入岩出露于石牛山地区及东部边境一带，均为浅层侵入体。
岩石类型主要为酸性花岗岩类，其次为中酸性石英闪长岩、石英二长岩类，少数为中性闪长岩类。结构类型除斑状外，有细粒、中细粒及中粒3种。