3.1.3.1. Địa chất
Tam Đảo được xem là dãy núi trẻ, quá trình bào mòn địa chất tự nhiên còn chưa lâu. Nền địa chất có lịch sử nguồn gốc kiến tạo thuộc kỷ Triat và chịu ảnh hưởng nhiều của hoạt động tạo sơn Indexin.
Khu vực Vườn quốc gia Tam Đảo, có đá mẹ thuộc hai nhóm chính là đá macma axit và đá biến chất với các loại chính như Riolite, Daxit, Granit... đôi chỗ còn lẫn Phiến thạch sét, Sa thạch, Diệp Thạch. Thành phần khoáng trong đá có nhiều Thạch anh, Muscovic nên đá trơ, khó phong hoá triệt để. Sự đa dạng về đá mẹ và quá trình phong hoá phức tạp đã tạo ra nhiều loại đất khác nhau.
3.1.3.2. Đất đai
Do điều kiện tự nhiên và quá trình phân hoá, trong khu vực Vườn quốc gia Tam Đảo hình thành 4 loại đất chủ yếu như sau:
- Đất Feralit mùn vàng nhạt trên núi cao phát triển trên đá Axit Rionit, Daxít, đá Biến chất như Diệp thạch, Phiến thạch và Sa thạch; diện tích khoảng 9.000 ha chiếm 27,3% diện tích; phân bố ở độ cao từ 700 m đến 1.592 m; thành phần cơ giới nhẹ hoặc trung bình.
- Đất Feralit màu vàng đỏ phát triển trên đá Axit hoặc đá Biến chất, diện tích 9.292 ha chiếm 28,2%; phân bố ở độ cao từ 100 m đến 700 m; thành phần cơ giới trung bình đến nhẹ.
- Đất Feralit màu đỏ vàng phát triển trên đá Phiến thạch sét, Phiến thạch mica, Sa thạch; có diện tích 13.259 ha lớn nhất, chiếm 40,3%; thường ở độ cao 100 - 700 m; thành phần cơ giới nhẹ.
- Đất Feralit màu xám biến đổi do trồng lúa và đất dốc tụ lại, phân bố ở chân núi hay sườn núi gần các bản làng; diện tích 8.991 ha, chiếm 17,8%; thành phần cơ giới trung bình đến nhẹ.
Nhìn chung đất trong khu vực là đất cát pha tới sét nhẹ, thành phần cơ giới từ nhẹ đến trung bình, kết cấu viên nhỏ, tơi xốp và độ ẩm cao, độ mùn từ trung bình đến khá, còn tính chất đất rừng rất thuận lợi cho quá trình phát triển và phục hồi rừng. Những nơi có rừng còn nhiều cây lớn, tầng mùn bán phân giải dày tới 50- 60cm, những nơi mất rừng đất dễ bị rửa trôi, khô cứng khi thiếu nước.