În alcătuirea petrografică a acestui parc intră 3 categorii majore de roci:

1. Roci metamorfice reprezentate de sisturi cristaline pe care sunt situatii Muntii Semenicului
2. Roci sedimentare din rândul carora calcarele se impun în peisaj prin formele de relief specifice carstului.Înspre periferia parcului apar şi roci sedimentare recente (gresii, nisipuri, pietrişuri, etc) înglobate în sectorul colinar.
3 Roci magmatice pe suprafete restrânse, care strapung sisturile cristaline.

În cea mai mare parte Semenicul este format din şisturi cristaline intens metamorfozate, predominând cele mezometamorfice, iar cele epimetamorfice existând cu totul limitat în partea centrală a regiunii.

Şisturile cristaline mezametamorfice aparţin seriei de Sebeş-Lotru, denumită regional seria de Timiş, iar cele epimetamorfice, seriei de Miniş. Cristalinul Getic din Masivul Semenic se caracterizează prin cute mari, drepte şi relativ simetrice, desfăşurate paralel cu direcţia catenei muntoase. Munţii Aninei sunt formaţi din şisturi cristaline peste care sunt dispuse rocile sedimentare ce formează sinclinoriul Reşiţa-Moldova Nouă, puternic cutat şi tectonizat.

Rocile eruptive , aparţinând dmeniului getic şi celui danubian , sunt reprezentate prin granitoidele sinorogene de Poneasca şi Lindenfeld-Buchin întâlnite şi în perimetrele âvârfurilor Semenic, Piatra Nedeea şi prin corpurile mai mici de granodiorite şi toalite de la Slatina-Timiş, vârsta lor fiind paleogelă.

Sedimentarul mezozoic este reprezentat prin pachete groase de calcare recifale, care stau discordant peste cristalinul metamorfic al seriei de Miniş, iar către nord, el vine în contact cu granitoidele de Poneasca, gresii de mai multe tipuri şi marme. Prezenţa acestui sedimentar în regiune poate fi remarcată pe un aliniament foarte restrâns din sud-vest.

Sedimentarul nezozoic stă transgresiv peste unităţile tectonice formate anterior şi este reprezentat printr-o gamă largă de formaţiuni - argile, marme, conglomerate, nisipuri, pietrişuri, etc. În sectorul sudic al Culoarului Caransebeş, la partea superioară a sarmatinianului, există o abundenţă de pietrişuri şi nisipuri cu intercalaţii de marme şi lentile de cărbuni reprezentând pannonianului inferior. Pontianul se află situat pe marginile zonelor depresionale, depăşind transgresiv toate celelalte depozite neogene, fiind constituit din argile nisipoase.

Cuaternarul este reprezentat la periferia Masivului Semenic, în sectoarele depresionare,pe sectoare de versanţi, unele interfluvii joase şi în cadrul văilor: pleistocenul inferior, alcătuit din pietrişuri, nisipuri şi argile, ce formează complexul statelor de Candeşi; pleistocenul mediu reprezentat prin depozite loessoide, iar pleistocenul superior prin pietrişuri, nisipri şi argile roşcate. Holocenul inferior este reprezentat prin pietrişuri şi nisipuri clădind, mail ales, prima şi a doua terasă a răurilor, în timp ce holocenul superior constituie majoritatea aluviunilor şi albiilor minore.

Geomorfologia Parcului difera în functie de factorul tectonic, structural si petrografic al fiecarei zone, însa se poate face o diferentiere generala având în vedere ca Muntii Semenicului sunt formati din sisturi cristaline si roci eruptive, iar Muntii Aninei din roci carbonatice. În aceste roci carbonatice s-a dezvoltat o carstificare pronuntata , atât la nivelul solului cât si în subteran spre deosebire de zona unde rocile impermeabile au permis omodelare mai redusa.

Principalele forme geomorfologice:

Muntii Aninei

• Forme Depresionare:

  • Lapiezurile izolate(Cheile Carasului, Cheile Gârlistei, Sodol)

  • câmp de lapiezuri(Cheile Carasului, Sodol)

• Dolinele izolate (Cheile Carasului)

• vãi de doline (Cheile Carasului,Sodol,Valea Buhui)

• Uvale (Cheile Carasului)

• Vai oarbe (Poiana Gropii, Ramanovat, Ponicova, Popovat)

• vai în fund de sac(Izv Carasului, P.Buhui), chei (Cheile Carasului)

• Forme orizontale:

  • CARSTOPLENELE:

    • Doline conice(Colonovat, Ceresnaia, Ravnistea Mare)

    • Lapiezuri rotunjite\îngropate(Colonovat, Ceresnaia, Ravnistea Mare)

• Formele pozitive :

  • pereti verticali (Dl Cuptoare. V.Râul Mare, Dl.Piatra Alba, Dl. Pinul, Dl. Padina Seaca, Cleantul Comarnic, Cheile Carasului, Cheile Gârlistei)

  • piloni (Jervani)

Munţii Semenic

• Forme Depresionare:

  • Taffoni

    • alveole izolate(Izvoarele Nerei)

    • microdepresiuni nivale

      • Platou (Izvoarele Nerei)

      • Culme (Izvoarele Nerei)

      • Versant (Izvoarele Nerei)

  • Vale Ogas de torent (Og Gozna, Og. Bâile Mici)

  • Vale Râpa de obârstie (Izvoarele Nerei)

  • Vale Rigole (Izvoarele Nerei)

• Forme orizontale:

  • Suprafete de nivelare

    • Alveole, circuri (Suprafata de nivelare Semenic)

    • martori de eroziune, aglomerari de pietre (Suprafata de nivelare Nergana -Izvoarele Nerei)

• Formele pozitive :

  • Forme de dezagregare

    • cueste (Vf. Semenic, Piatra Nedeii)

    • martori de eroziune (Vf. Tâlva, Vf. Paroasa, Vf. Semenic, Vf. Gozna, Vf. Piatra Nedeii, Vf. Tâlva Printului)

      Forme de acumulare si soliflexiune

      • aglomerari de pietre (Vf. Semenic, Vf Gozna)
      musuroaie înierbate (Culmea Mica)

      alunecari de teren (Vf. Paroasa)