a) Địa chất
Được hỡnh thành vào đầu nguyờn đại trung sinh kỷ Triat - cỏch đõy hơn 200 triệu năm do ảnh hưởng của chuyển động tạo sơn kỷ Kimeri. Nền địa chất của cỏc xó vựng đệm hầu hết là do cỏc nhúm đỏ mẹ tạo đất chủ yếu như Nhúm đỏ phiến, cỏt kết xen đỏ vụi hệ Đề vụn; Đỏ vụi thuộc hệ Cỏc bon; Bồi tớch sỏi, cỏt, sột thuộc hệ Đệ tứ.
b) Thổ nhưỡng
Vựng đệm VQG Cỳc Phương cú những nhúm đất chớnh sau đõy:
- Đất phự sa cổ (Fo): Cú diện tớch 363,06 ha, chiếm 1,18% diện tớch vựng đệm, phõn bố tập trung ở phớa Bắc và phớa Tõy khu vực (vựng Hoà Bỡnh- Thanh Hoỏ).
- Đất vàng đỏ (Fa): Cú diện tớch 1.170,05 ha, chiếm 3,82% diện tớch vựng đệm. Phõn bố tập trung nhiều ở cỏc xó Thành Mỹ, Yờn Quang, Thạch Yờn và xó Thạch Lõm.
- Đất vàng nhạt (Fq): Cú diện tớch 1.959,56 ha, chiếm 6,39% diện tớch vựng đệm. Phõn bố tập trung nhiều ở cỏc xó Kỳ Phỳ, Tõn Mỹ, Yờn Nghiệp, Cỳc Phương.
- Đất vàng đỏ (Fs): Cú diện tớch lớn nhất (14.840,65ha), chiếm 48,42% diện tớch vựng đệm, cú độ cao từ 200300m so với mặt nước biển, hoặc những đồi gợn súng nhụ lờn giữa những thung lũng rộng.
- Đất vàng nõu xỏm hay vàng đỏ (Fv): Loại đất này phỏt triển trờn đỏ vụI hoặc trờn sản phẩm chịu ảnh hưởng Cacbụnat, cú diện tớch 6.256,82ha, thường thấy xuất hiện ở nỳi đỏ vụi cú độ cao dưới 500m so với mặt nước biển.
- Đất đỏ vàng biến đổi do trồng lỳa nước (Fl): Cú diện tớch 1.381,94ha, chiếm 4,51% diện tớch vựng đệm, phõn bố rải rỏc ở hầu khắp cỏc xó vựng đệm.
- Nỳi đỏ vụi (K): Cú diện tớch 3.528,44 ha, chiếm 11,51% diện tớch vựng đệm, phõn bố tập trung nhiều ở cỏc xó Kỳ Phỳ, Ngọc Lương, Phỳ Lai, Yờn Lạc, Lạc Thịnh và xó Thành Mỹ.