Unidades estructurales. Las tres grandes unidades estructurales del Pirineo Vasco son la Zona Axial, columna vertebral de la cadena y, a sus pies, dos zonas de materiales posthercinianos: el Prepirineo Norte y el Prepirineo Sur.
A) Zona axial.
El componente arcaico de la Zona Axial queda sumergido bajo elementos mesozoico-terciarios antes de llegar a Zuberoa y Navarra, lo cual no obsta para que vuelva a aflorar esporádicamente en núcleos tales como Bortzhiriak (Cinco Villas), Quinto Real-Aldudes y Oroz-Betelu. Está constituido por rocas paleozoicas (cuarcitas, esquistos, rocas cristalinas, dolomitas, calizas) metamorfizadas y que encierran en su seno algunos plutones graníticos que configuran macizos cortados en forma de almendra. Este elemento primigenio fue deformado por la orogénesis herciniana y luego por el plegamiento alpino que levantó la cadena. Al Norte y al Sur de ésta discurren los Prepirineos, mucho más abrupto el del Norte donde las altas montañas descienden rápidamente hacia los cerros y valles suletinos y bajonavarros que se hallan a sus pies, más anchos y graduales los del Sur en dirección al valle del Ebro. En el extremo occidental la transición entre el Pirineo propiamente dicho y su prolongación cantábrica se efectúa de forma abrupta a través de un zócalo, caracterizado por diversos diapiros, que va de Elizondo a Estella.
B) Prepirineo Sur.
Es el más ancho y extenso; está constituido por dos importantes serranías en las que emergen calizas eocenas, una en la zona interior y otra en la exterior. Entre estos dos anticlinorios poblados de crestas y barras se halla el sinclinorio del Aragón surcado por la Canal de Berdún, de Jaca a Sangüesa, por el canal del Irati hasta Pamplona y la Barranca navarra conducente a la Llanada alavesa. Las sierras interiores de la Navarra oriental encierran valles perpendiculares como Roncal y Salazar con alturas tales como Lapakiza (2.100), Ezkaurre (2.047), Abodi (1.520), Corona (l.387), Baigura (1.477), etc. En su totalidad constituye este Prepirineo una unidad alóctona que se deslizó unos 15 kilómetros hacia el Sur hasta Alaiz-Urbasa-Kodes, por encima de la autóctona, deslizamiento que se traduce en pliegues volcados y asimétricos (Ezkaurre-Belabarze) y pliegues encabalgados (Leire, Isaba). La sierra exterior que discurre también de E. a O. -tramos a Alaitz, Urbasa y Cantabria- llega hasta la orilla izquierda del Ebro cerrando por el S. las cuencas de Pamplona y Vitoria. Desde el punto de vista geológico, tras la gran laguna prepirenaica (Jurásico y Cretácico inferior, algún Keuper, flisch y margas del Cretácico superior, Paleoceno y Eoceno) hallamos las zonas de transición a la zona cantábrica. En esta Zona -Valcarlos, Erro, Burguete, Esteribar, Ulzama- limitada por la cuenca de Pamplona-Izaga al S. y Quinto Real al N., hallamos Keuper y Jurásico inferior, siendo los componentes cretácicos, paleocenos y eocenos semejantes a los de la alta montaña. Pueden observarse importantes encabalgamientos en la Zona Norte: Olague-Múzquiz, Guelbenzu-Arizu, Eugui-Orreaga (donde reaparece la zona axial en Aldudes), el sinclinorio de Aranguren-Izaga al Sur y los pliegues del centro (Aoiz).
C) Prepirineo Norte o zona holohúmeda vasca.
Puede dividirse en Prepirineo cantábrico occidental y Prepirineo navarro-suletino, ubicado éste a los pies del extremo oriental del Pirineo vasco.
1 ) El Prepirineo cantábrico occidental. Constituye el extremo guipuzcoano-vizcaíno del Pirineo Vasco, extendido por el N. por el macizo primario de Bortz- hiriak-Aia tallado por los ríos Bidasoa y Urumea, cordal erosionado que, subiendo hacia Peñas de Aia (832 m.), desciende hacia el mar en el Jaizkibel (534 m.) e Higer. En su estribación Sur abarca Dos Hermanas y Aralar-Aizkorri corriendo la divisoria de aguas hacia el Norte entre la Barranca y el macizo Bortzhiriak-Aia. Desde el punto de vista geológico hallamos representación desde el Triásico hasta el Eoceno con unidades estructurales peculiares como la depresión Oiz-Beasain, el sinclinorio Ulzama-Araiz, el anticlinal de Aralar, los pliegues de Urbasa, Andia y Lokiz y el encabalgamiento de Dos Hermanas. En el centro de Guipúzcoa podemos citar los montes que van desde la muga de Navarra a Vizcaya: Unamuno, Urdelar, Adarra, Uzturre, Ernio, Elosumendi, Irukurutzeta, Muneta, Arrikurutz y Arno. En Vizcaya los montes Kalamua, Urko, Mendibil, Oiz, Bizkargi y Berriaga. Al otro lado de la ría de Bilbao la cordillera de Sasiburu y los montes de Triano. Esta serranía cantábrica no presenta un orden concreto sino individualizado en complejos cuyas cumbres no superan los 1.500 m. enlazadas por collados de 700 u 800 m.
2) Prepirineo navarro-suletino. Aquí los Pirineos descienden bruscamente hacia el continente, más bajo que la meseta ibérica, y, también, más húmedo que ésta. Puede subdividirse en dos zonas:
1. Una franja Norte constituida por pliegues mesozoicos con algunas afloraciones paleozoicas.
2. Una franja Sur moldeada en Flisch. Este Prepirineo es la zona de Zuberoa, Baja Navarra y parte de Laburdi, rosario de pequeñas y medianas montañas (salvo la Alta Zuberoa) atravesadas por el Uhaitzandi, Errobi y Nivelle. Desde Okoro (1.259 m.) en Eugui (Nav.) parte un cordal hacia el Norte que mantiene los 1.000 m. -Hautza (1.306 m.) sobre Baigorri, Gorramendi (1.081 m.) sobre Maya- descendiendo hasta el mar por la cadena Sarrakarria (Alkurruntz, 936 m.) sobre Urdax, Larrun (900 m.) sobre Sara (Lab.). Otros pequeños cordales, más al E. parten de cumbres de relativa altura (macizo de Iguntze, Izarbe, 1.559 m.) sobre Tardets, (Behorleguy, 1.265 m.) sobre Mendibe, y mueren convertidos en colinas de flysch suletinas, bajonavarras y laburdinas (Cambo, Espelette). Sumamente pintorescos los cañones de la Alta Zuberoa (ej. Kakueta en Santa Engracia) y el valle del Uhaitzandi o Saisson.