Les formations géologiques qui caractérisent le territoire sont d’âge secondaire et tertiaire : les calcaires et les marnes du Crétacé et de l’Éocène sont les roches qui forment l’essentiel du relief. Dans les plaines et les cuvettes, elles sont en partie recouvertes par des alluvions récentes et actuelles et celles plus anciennes (avec les croûtes calcaires et gypseuses du Pléistocène moyen et supérieur continental).
En fonction de la composition des roches et de leur âge, on peut distinguer entre :
Les formations calcaires et marneuses du Crétacé supérieur qui forment les jebels et les chaînes de montagnes situées au nord et à l’est du territoire et plus particulièrement les calcaires, dolomies,
marnes et gypses qui datent du Cénomanien-Turonien,
Les formations de calcaire crayeux blanc du Sénonien supérieur et les marnes à intercalations calcaires du Sénonien inférieur qui constituent une partie du matériel rocheux dont sont composés les jebels et les chaînons montagneux qui bordent le bassin minier,
Les formations argileuses à minces intercalations calcaires qui datent du Tertiaire et plus exactement du Maastrichtien supérieur paléocène sont combinées avec les calcaires à Nummulites, les calcaires dolomitiques et les couches phosphatées qui datent de l’Yprésien et Lutétien inférieur. Ces dernières constituent la couche géologique dont sont extraits les phosphates du bassin minier et de Mdhila,
Les alternances de grès et de marnes qui datent du Miocène supérieur et qui constituent les soubassements des plaines et cuvettes situées au sud et à l’ouest du gouvernorat et qui sont en majeure partie recouvertes d’alluvions anciennes, récentes et actuelles.
Cartes connexes : « Géomorphologie du gouvernorat de Gafsa »