地质地层
公园的地层主要有南华纪休宁组和南陀组，震旦纪兰田组和皮园村组，寒武纪荷塘组、大陈岭组、杨柳岗组、华严寺组、西阳山组，奥陶纪印渚普组、宁国组、胡乐组、砚瓦山组、黄泥岗组、长玝组、文昌组，志留纪霞乡组、河沥溪组、康山组和唐家坞组以及泥盆纪西湖组。其中上元古界主要为粉砂岩、泥岩和页岩；寒武系主要为泥岩和泥质灰岩；奥陶系为泥岩、页岩和硅质岩；志留系主要为浅海相的粉砂岩、砂岩和泥岩。景区内的岩浆岩即为三清山岩体，是区域上怀玉山岩体的一部分，其时代为燕山晚期，比区域上的成矿岩体要晚。
褶皱断裂
公园内褶皱和断裂构造发育。其中褶皱构造分布于公园的北西和北东部，有黄土岭复式背斜和华眉山向斜。黄土岭复式背斜位于公园北西部的黄土岭一带，属于区域上黄土岭－开化复式背斜的一部分，其轴向为NE向，褶皱向NE倾伏、向南西撒开。轴面近直立，两翼产状比较紊乱，北西翼产状较陡，而南东翼产状较缓。其核部地层为南华纪地层，翼部地层由震旦纪－奥陶纪地层组成；南翼出露较广泛，常形成次级背、向斜构造。
公园内断裂构造十分发育，其方向主要为NE向，其次为NNE向、N
三清山地质公园主要断裂分布图
W向，从形成时间上来看，NE向断裂最早，其次为NNE向，而NW线断裂最晚。断裂性质既有正断层，也由逆断层。其中有三条正断层，即枫林紫湖镇断裂、小坑－拔脚坞断裂、鹅共岭断裂－下西坑断裂，将三清山岩体主体部分分割呈典型的断块山（图2-3）。这三条断裂的倾角为50°～80°，均相对断块山向外倾，即三清山主体向上上升，而外向下滑动。由此也导致了三清山相对高的地貌景观。
节理在三清山地质公园内极其发育，主要发育三组互相垂直的节理，其中一组为近水平节理，另两组分别为NEE－NE向和NW向，后两组节理在平面上构成棋盘格式的组合方式，并且从南西向北东，总体上有由收敛到撒开的趋势，其密度也由密到稀疏的变化。在公园的南西段，两组节理的走向分别为NW向和NE向。往公园中部，其中的NW向节理逐渐变为近SN向；再往东，其中的NE向节理逐渐变为近EW向或NEE向。近水平的节理一般为水平，局部也有轻微的倾斜，其倾角一般小于5°。水平节理和其他两组节理一起造就了各类的象形石。
岩体特征
三清山地区岩浆活动频繁，三清山岩体属于其中怀玉山岩体的一部分，位于该岩体近东西向延伸的东段，在地质公园内出露的面积约98km2，呈不规则状侵入于黄土岭复式背斜南翼的新元古代南华纪砂岩和页岩地层中，其侵入的最新地层为泥盆纪西湖组砂砾岩（图2-2）。岩体与围岩的接触界线不规则，呈波状、港湾状或枝杈状，接触面产状倾向围岩。在内接触带常见1～3m宽的冷凝变，呈细粒，为岩体侵入到围岩时，其边部受到快速冷却导致快速结晶的结果。而在外接触带，由于受岩浆热的作用，围岩发生重结晶作用，形成宽500～2000m的热接触变质带。另外，在局部地段，如索道站可以发现岩体顶部还残留有围岩的顶盖，表明该岩体的剥蚀程度不大。
岩体内不发育流线和流面构造，但在一些裂隙中常可见细小的岩脉和石英脉，主要岩脉有花岗细晶岩、伟晶岩、辉绿岩等，其宽度一般为10～40cm，长度一般为几米；石英脉的宽度一般小于10cm，长几米。岩体中包体非常不发育，只有偶尔见及，形态多为不规则。但岩体内晶洞非常发育，晶洞内往往充填有晶形完好、粗大的石英和钾长石晶体，石英晶体为六方晶系，其直径最大可达5cm。
三清山岩体根据其接触关系和颗粒大小可以划分出3个期次，即第一期、第二期和第三期，其中以第二期的规模最大。最后一期为细粒黑云母碱长花岗岩（照片2-1），第二期为中粒黑云母碱长花岗岩（照片2-2），第一期为粗粒黑云母碱长花岗岩（照片2-3）。这3个期次不像其他花岗岩体那样具有同心环带分布，而是呈不规则出露。这主要是因为3个期次不是一期岩浆就地分异演化的结果，而是不同时期侵入的产物。
