Il rilievo della Giara di Gesturi è costituito da un basamento di rocce sedimentarie mioceniche di origine marina sovrastato da un espandimento pliocenico di lave basaltiche.
La potente sequenza marnoso-arenacea che costituisce il basamento, rappresenta la tipica sedimentazione correlabile con i movimenti tettonici che hanno portato al distacco ed alla migrazione del blocco sardo-corso, dal margine continentale pirenaico-provenzale (Miocene inferiore), al centro del Mediterraneo. La serie miocenica affiorante alla base e sui versanti della Giara di Gesturi ha una potenza di circa 450 m ed è caratterizzata dalla presenza di strati altamente fossiliferi.
La messa in posto dei basalti è stata preceduta, nel pliocene, da una fase di continentalità con la messa in posto della “Formazione di Samassi”, un complesso marnoso-arenaceo-conglomeratico, spesso caotico, derivante dal rimaneggiamento dei sedimenti miocenici.
Le coperture basaltiche sono riconducibili a manifestazioni vulcaniche ad affinità alcalina e subalcalina, riferibili al Pliocene superiore. La morfologia dell’area suggerisce la presenza di due centri di emissione: Zèppara Manna (580 m s.l.m.), nel settore Nord-Ovest dell’altopiano, dove i basalti raggiungono lo spessore massimo di circa 48 m, e Zepparedda (607 m s.l.m.), emergente nel settore Sud-Est con spessori massimi di circa 7-8 m, dove i basalti si presentano anche in forma scoriacea e con una marcata fratturazione, seppure senza una evidente direzione preferenziale.
Nelle coperture quaternarie sono frequenti i blocchi di basalto che, in seguito a fenomeni di scalzamento basale (che hanno interessato il substrato marnoso-arenaceo del Miocene), sono crollati e rapidamente scivolati.
