Địa chất: Khu bảo tồn có địa hình vùng núi cao, phần lớn diện tích là
núi đất và núi đất lẫn đá. Trong khu bảo tồn có 3 loại đá mẹ chủ yếu: đá vôi, đá mác ma a xít và đá sa thạch. Trong đó: Đá vôi có thành phần khoáng vật chủ yếu là can xít màu đỏ nâu, sản phẩm phong hoá cho thành phần cơ giới
thịt trung bình (hạt mịn). Đá a xít có thành phần khoáng vật chủ yếu là Kali, mua ga đen, bi ro xin, clo rít, sản phẩm phong hoá cho thành phần cơ giới thịt nhẹ. Đá sa thạch có thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, li mô nít, sản phẩm phong hoá cho thành phần cơ giới hạt thô, do phong hoá không triệt để nên có nhiều sỏi cuội với nhiều cỡ đƣờng kính khác nhau.
Đất: Trong khu bảo tồn có 2 nhóm đất chính:
- Nhóm đất Feralitic mùn, mùa từ đỏ vàng đến vàng nhạt trên núi có rừng (độ cao từ 700 - 1700m) diện tích 3.800 ha, chiếm 67,3% tổng diện tích khu bảo tồn, trong đó có các loại đất với các đặc điểm, đặc tính nhƣ sau:
+ Đất Feralitic, mùn, màu vàng nhạt trên núi có rừng, phát triển trên đá sa thạch, tầng dày trên 120 cm, thành phần cơ giới thịt nhẹ, có nhiều hạt thô, lẫn sỏi, cuội, diện tích 1.500 ha, có đặc tính thấm nƣớc nhanh, giữ nƣớc kém, tập trung chủ yếu trong xã Tân Pheo, xã Đoàn Kết.
+ Đất Feralitic mùn, màu đỏ, trên núi có rừng phát triển trên đá vôi tầng dày trên 120cm, thành phần cơ giới thịt trung bình, diện tích 1.200 ha, có đặc tính thấm nƣớc và giữ nƣớc tốt, tập trung chủ yếu trong xã Đồng Ruộng.
+ Đất Feralitic mùn màu đỏ vàng trên núi có rừng phát triển trên đá Mác ma a xít, tầng dày trên 120 cm, thành phần có giới thịt trung bình, diện tích 1.100 ha, có đặc tính thấm nƣớc chậm, giữ nƣớc tốt tập trung chủ yếu trong xã Đồng Chum.
- Nhóm đất Feralitic màu vàng, vàng nhạt trên đất trống đồi trọc hoặc cây bụi, nƣơng, rẫy (có độ cao dƣới 800 m) phát triển trên đá mẹ sa thạch, đá vôi, đá mác ma a xít tầng dày 50 - 120cm, diện tích 1.300 ha.