Die Karpaten wurden zur gleichen Zeit wie die Alpen gebildet, das heißt hauptsächlich vor etwa 98 bis 36 Millionen Jahren. Die Ursache der Auffaltung ist die Norddrift des afrikanischen Kontinents und dessen Kollision mit dem europäischen Sockel. Dieser Prozess ist noch immer im Gang: Die Karpaten wachsen jährlich um ein bis zwei Zentimeter und bewegen sich sehr langsam Richtung Osten. In Transkarpatien finden sich im wesentlichen drei geologische Elemente: sieben Flyschdecken, das Flyschfenster mit dem kristallinen Sockel des im Südosten liegenden Marmarosch-Massivs und die vulkanischen Ablagerungen in der den Karpaten vorgelagerten Hügelzone.
Die Flyschdecken
Die Flyschdecken bilden den größten Teil der Waldkarpaten. Es sind Sedimentschichten, die aus dem Urmittelmeer Thetis herausgehoben und als Falten über ein Molassegebiet aus sandigen Ablagerungen des Mio- und Pliozäns geschoben wurden. Wie in den schweizerischen Voralpen werden diese Schichten als Flysch bezeichnet. Die Bildung dieser Sedimente erfolgte gegen Ende der Kreidezeit und zu Beginn des Tertiärs. Sie bestehen aus kalkreichen Mergeln oder Sandstein und verwittern bei genügend Niederschlag leicht zu tonreichem Verwitterungs- und Gehängeschutt. Dies führt teils zu basen- und nährstoffreichen Braunerde Böden. Aber auch vernässte Böden (Gley) sind recht häufig. An einigen Stellen, wo Kalkstein dominiert, bildeten sich ausgedehnte Verkarstungen mit Höhlen, Grotten, Naturbrücken und Dolinen, so zum Beispiel im Uholka-Reservat. Spektakulär sind auch die Kreideklippen, die zu auffälligen Felsbändern erodiert sind.
Autochthones Grundmassiv
Südlich von Rachiw öffnet sich im Marmarosch-Massiv ein Fenster durch die Flyschschichten und legt das autochthone Grundmassiv frei. Es handelt sich um einen kristallinen Sockel, der aus Amphibolit-Gneis und quarzitischen Grünschiefern besteht. Dieses Massiv wird auch Marmarosch-, Rachiw- oder Huzul-Alpen genannt; das Wahrzeichen ist der 1946 Meter hohe Pip Iwan. Doch auch dieses Gebiet ist nicht frei von Sedimenten wie Wildflysch und Kalkgestein. Das Mosaik aus kristallinen und kalkhaltigen bodenbildenden Substraten führte jedenfalls zu einer außerordentlich hohen Vielfalt an Pflanzenarten.
Vulkanische Gesteine
Während sich die Karpaten auffalteten, ist das vorgelagerte Becken eingebrochen, was zur Bildung von Vulkanen führte. Der Ausstoß von flüssigem Magma aus dem Erdinnern erzeugte saure bis basische Ergussgesteine wie Andesit und Basalt sowie Tuffablagerungen. Diese Gesteine finden sich im Gebiet zwischen Uschhorod und Chust, rund 20 Kilometer in südwestlicher Richtung Landesgrenze sowie in nordöstlicher Richtung in die bewaldete Hügelzone.
Zahlreiche Mineralquellen
Transkarpatien ist bekannt für seine Mineralquellen. Produziert werden verschiedene Mineralwassersorten, rund 50 Mineralwasserquellen werden genutzt. In der Region gibt es auch Thermalwasserquellen mit Temperaturen von 18 bis 80 °C aus einer Tiefe von bis zu 800 Metern. Bodenschätze sind nur in bescheidenen Mengen vorhanden. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden Eisenerze abgebaut, und für die Verhüttung rodete man große Waldflächen. Noch in Betrieb ist das Salzbergwerk in Solotwyno, das Steinsalz mit großen Kristallen von besonders guter Qualität liefert.