昭和9年と11年に東北大学の研究者により、ボーリング調査が行われましたが、当時のボーリング技術では世界1、2位の記録級といわれる深さに達し、世界の地質学者らに北大東島の名が広がりました。深度431メートルに達した底の地質はなお石灰岩であることが分かり、その年代も約2,430万年前のものと測定され、その後の調査で石灰岩の厚みは約1,800メートルと推定されました。北大東島は典型的な隆起環礁の島で、ほとんどが石灰岩でできているため、北泉洞をはじめ、いくつかの鍾乳洞があります。※北泉洞は県指定天然記念物であり、落盤の危険性もあるため、現在中に入ることはできません。ひとつの北大東島の特徴は、ドロマイトで出来ていることです。沖縄本島や伊江島、南大東島もドロマイトで出来ていますが、ほんの一部で、全島がドロマイトだけで出来ているのは、世界でも北大東島だけという珍しい地質を持っています。石灰岩の一種であるドロマイトは、炭酸カルシウムで出来ている石灰岩の一部が何らかの反応で炭酸マグネシウムに置き換えられたもので、雨水にとけにくく、がっしりとしています。沖縄本島のドロマイトが黒っぽいのに対し、北大東島のものは、純度が高く真っ白。港や畑などでまばゆいほどの石灰岩のかけらを見ることができます。港の工事などで削られた石灰岩の中からは、サンゴなどの化石を見つけることができます。一般的なドロマイトの場合、カルシウムとマグネシウムの比率はCa:Mg=2:1です。開拓者がはじめて上陸した場所からは、レインボーストーンと呼ばれる岩石が採掘されていました。レインボーストーンは、海面から約10メートルほどの高さにあり、古大東石灰岩の割れ目に赤土や貝化石、有孔虫、ウニの破片などが入り込み、赤、青、黄、白などの色彩が虹のようにきれいな縞模様を作っています。(古代表土の化石)岩肌にはりつくように積もっている赤土は、テラロッサと呼ばれるもので、本島のものと比べると細かく練りが強いため、雨上がりには粘土状になってしまいます。現在、この赤土は中国大陸からの黄砂現象によって堆積したものではないかとの説が立てられ研究が進められています。