Hệ thống đứt gãy chằng chịt trên mặt đá vôi tại khu vực Phong Nha-Kẻ Bàng đã tạo điều kiện cho nước dễ thấm vào các khối đá làm tăng khả năng hòa tan do trong nước có chứa các chất axít có phản ứng với đá vôi (cácbonat canxi). Hệ thống hang động hùng vĩ của Phong Nha được tạo ra do quá trình các khe nứt kiến tạo, sau đó là quá trình phong hoá vật lý và hoá học đã gặm mòn, hoà tan, rửa trôi qua hàng triệu năm. Trong điều kiện nhiệt đới ẩm, quá trình carxtơ hoá rất mạnh mẽ về cường độ và tốc độ phá huỷ. Ngoài hệ thống núi đá vôi, vùng núi đất có nền đá mẹ chủ yếu là đá mácma axít, đá sét, đá biến chất và phù sa cổ.