石和碳质凝灰岩是保护区内最主要的组成成分。一层厚厚的黄土堆积在高原和山脚下，但二叠纪时代的硅质岩浆组成的床岩在此区却很少出现。
植物相与植披.阿克苏-热巴格雷自然保护区内目前共发现1312种维管束植物，其中一些大型的植物种类包括黄芪、顶冰花属、葱属、薹草属、棘豆属等。此区有44种珍稀植物被列入国际自然保护联盟濒危物种红色名录，包括野苹果、酿酒葡萄、以及一部分的野郁金香物种（如小红帽郁金香（Tulipa greigii））。园区内地势较低的区域覆盖着半沙漠、灌木丛、草原等植披，在春季