Este valle, desde el punto de vista geológico, no forma unidad. El terreno del municipio de Pueyo en la llamada Zona Ribera, en la que los terrenos son los más modernos, corresponde al Mioceno. El resto de los municipios del valle pertenecen a la Zona Media, caracterizada por el terreno oligoceno. Los suelos correspondientes al Oligoceno son de tipo cascajoso en alternancia con limos arcillosos y jesíferos, mientras que los del Mioceno abundan en margas arcillosas o calcáreas de tonalidad gris amarillenta, si bien su uniformidad no es absoluta. Un rasgo frecuente de los terrenos miocenos es la aparición, entre margas y maciños, de fajas de yeso. La casi totalidad de estos suelos es de la era Terciaria (Oligoceno y Mioceno).