Trong điều kiện nhiệt đới và á nhiệt đới ẩm, đất đai VQG Pù Mát có lớp vỏ phong hóa dày ở khu vực chân núi nhưng ở sườn dốc do sự bào mòn mạnh của nước chảy nên sự xâm thực nhanh hơn nhiều so với phong hóa, đá gốc lộ ra nhiều làm cho các đỉnh hầu như có dạng sắc nhọn. Địa chất và địa hình, kết hợp với khí hậu làm nên thổ nhưỡng, quy luật phân bố các loại đất đai ở khu vực nghiên cứu theo đai độ cao được thể hiện rõ. Kết quả điều tra phân loại đất đã xác định trong khu vực gồm 4 loại đất chính như sau:
- Đất feralit mùn trên núi trung bình (PH), chiếm 17.7%, phân bố từ độ cao 800 -1000m dọc biên giới Việt Lào.
- Đất feralit đỏ vàng vùng đồi và núi thấp (F), chiếm 77.6%, phân bố phía Bắc và Đông Bắc vườn.
- Đất dốc tụ và đất phù sa D, P chiếm 4.7%, phân bố thành giải nhỏ xen kẽ nhau bên hữu ngạn sông Cả.
- Núi đá vôi (K2) chiếm 3.6% phân bố thành giải nhỏ xen kẽ nhau bên hữu ngạn sông Cả.
Nhìn chung, các loại đất ở đây có tầng A1 và B1 phát triển, hàm lượng mùn cao, phần lớn là dạng viên nhỏ, quá trình xói mòn và rửa trôi yếu, độ tơi xốp cao, độ ẩm lớn, độ dầy tầng đất phổ biến là ở mức trung bình. Trên địa hình dốc nên đất dễ bị rửa trôi và bào mòn, kết hợp với quá trình hoạt động địa chất lâu dài, những hoạt động xâm thực, phong hoá, bồi tụ đã hình thành nên các thung lũng phủ đầy phù sa màu mỡ nằm rải rác trong VQG Pù Mát.