Thổ nhưỡng VQG Bù Gia Mập thuộc nhóm đất đỏ vàng, được phân biệt qua cường độ feralit hoá là nhóm tự hình. Tuy phát triển trên các đá gốc khác nhau, nhưng trong quá trình hình thành đất thì quá trình feralit chiếm ưu thế. Đất nâu đỏ có quá trình feralit hóa mạnh và đất nâu vàng có quá trình feralit hóa yếu.
Nhóm đất chính ở Vườn quốc gia Bù Gia Mập là đất đỏ vàng phát triển trên vỏ phong hóa bazan và một phần nhỏ phát triển trên đá phiến. Có ba nhóm phụ:
+ Đất đỏ nâu phát triển trên bazan chưa và ít phân dị - Fb1 (tên gọi cũ là Feralit nâu đỏ, là loại đất tự hình (hình thành và phát triển trên vỏ phong hóa tại chỗ), có tầng đất sâu trên 100cm, thành phần cơ giới từ thịt tới sét nặng.
+ Đất nâu vàng - Fb2 (đất Feralit nâu vàng), chiếm phần diện tích nhỏ không đáng kể ở phía Nam Vườn quốc gia, giáp lâm trường Bù Gia Mập. Đây cũng là loại đất tự hình phát triển trên bazan chưa và ít phân dị, thành phần cơ giới tương tự loại trên.
+ Đất vàng trên phiến sét - Fp1: hình thành trên đất trầm tích cổ, có quá trình feralit yếu, tầng đất mỏng, nghèo dinh dưỡng. Loại đất này chiếm diện tích không đáng kể, còn ít hơn cả loại Fb2. Không có tầng kết von, đáy phẫu diện là đá gốc
mục nát. Không phân tầng rõ rệt. Phân bố hẹp tại cực Tây Nam và một vài điểm ven suối Đak Ca, Đak Huýt.
Đất ở VQG Bù Gia Mập có thành phần cơ giới từ thịt tới sét nặng, đất chặt và có tính chất hóa học như sau:
+ pH trong khoảng 4,5 - 5,7 tiêu biểu cho loại đất chưa và ít phân dị phát triển trên bazan; đất hơi chua, độ pH thấp ở các khu vực rừng bị tác động.
+ Độ tích tụ mùn nằm trong khoảng 2,0 - 5,1%. Tại các khu vực rừng bị tác động, lượng mùn giảm đáng kể.
+ P, K phần trăm tổng số: N có hàm lượng từ trung bình đến trên trung bình 0,11- 0,29%. P cũng có hàm lượng từ trung bình đến trên trung bình 0,11 - 0,19%, đặc biệt tại khu vực không có rừng ở đỉnh đồi có hàm lượng rất thấp: 0,06%. K nhìn chung là nghèo: thấp hơn 0,1%.
+ N, P, K dễ tiêu có hàm lượng trung bình, không có nhiều biến đổi.
+ Riêng khả năng trao đổi cation (CEC) từ trung bình đến cao: 15,25 - 29,50me/100g. Hàm lượng Al3+ từ thấp tới trung bình, nhưng Fe3+ từ trung bình đến cao cho thấy có sự hoạt động của quá trình feralit hóa và khả năng kết von của đất dễ xảy ra khi có điều kiện thích hợp như khi mất rừng chẳng hạn.
Nhìn chung đất tại Vườn quốc gia Bù Gia Mập có các tính chất của vùng đất bazan đồi núi thấp Đông Nam Bộ, với độ dinh dưỡng của đất trung bình và phụ thuộc nhiều vào lớp phủ thực vật ở trên. Trong điều kiện còn rừng, nhóm đất này có độ dinh dưỡng cao, nhưng khi mất rừng thì độ dinh dưỡng của đất bị giảm mạnh bởi quá trình xói mòn đất, rửa trôi chất hữu cơ, chất khoáng, nhất là ở các khu vực đồi, núi có sườn dốc lớn.