Theo tài liệu địa chất miền Bắc Việt Nam năm 1984 cho biết: Khu vực Khu bảo tồn có quá trình hình thành và phát triển địa chất rất phức tạp. Tồn vùng có cấu trúc dạng nếp lồi. Nham thạch gồm nhiều loại và có tuổi khác nhau nằm xen kẽ.
Được hình thành trong điều kiện địa chất phức tạp nhiều kiểu dạng địa hình và đá mẹ khác nhau, nên có nhiều loại đất được hình thành trong khu vực. Chủ yếu gồm các loại đất Feralit với tầng đất được phong hoá từ đá trầm tích, đá mác ma và đá vơi. Do khí hậu nóng ẩm tạo nên tầng đất dày với các khống vật khó phong hố như Thạch anh, Silíc. Thành phần cơ giới chủ yếu từ trung bình đến nặng.
Những nhóm loại đất chính có trong khu vực gồm:
Đất alít có mùn trên núi cao, được hình thành trong điều kiện mát ẩm, độ dốc lớn, không đọng nước, tầng mùn nhiều, phân bố trên các đỉnh núi cao trên 1400m, chủ yếu tập trung ở phía Nam của khu bảo tồn.
Đất feralit có mùn trên núi cao và núi trung bình, được hình thành trong điều kiện ẩm mát, khơng có kết von và nhiều mùn. Nhóm loại đất này phân bố tập trung ở các đai độ cao từ 700m đến 1400m.
Đất feralit đỏ vàng phát triển trên vùng đồi và núi thấp, được hình thành với quá trình feralitic rất mạnh và điển hình, màu sắc phụ thuộc vào đá mẹ và độ ẩm. Nhóm loại đất này phân bố chủ yếu ở độ cao dưới 700m. Thành phần cơ giới từ thịt trung bình đến thịt nặng, tầng đất dầy, ít đá lẫn, đất đai khá màu mỡ, thích hợp cho nhiều loại cây trồng.
Đất dốc tụ chân đồi và ven suối, là loại đất tốt, thích hợp với việc canh tác nông nghiệp, phân bố chủ yếu ở vùng thấp dưới 400m hoặc vùng thung lũng và bồn địa. Đất có tầng dày, màu mỡ.
Đất biến đổi do trồng lúa, là loại đất bị biến đổi do canh tác lúa nước, đất chua, q trình glây hố mạnh.