麦川層の上部にある炭層である藤河内層は大嶺炭田内に比較的安定した形で広く分布しており、炭田北部では炭層が厚く南部では薄くなる傾向が見られる。塊炭が多くカロリーが高い良質炭であり、榎山炭鉱、大明炭鉱、そして炭田北部の神田無煙炭鉱、美福炭鉱などで採掘された。藤河内層の上部には櫨ケ谷層があるが、全般的に炭層が薄い上に炭層内に頁岩が挟まっているなど採掘条件が悪いため、炭層の発達が比較的良い地域であった榎山炭鉱、大明炭鉱、櫨ケ谷炭鉱などで採掘された。炭質は塊炭が中心である。
ところで桃木層内の泥岩からは三畳紀に栄えた多くの植物化石や、ハエ、ゴキブリ、トンボ類の多くの昆虫化石が見つかっている。桃木層の多くは地層の特徴から川と氾濫原がある蛇行河川による堆積物であると推定されている。
大嶺炭田は大きく分けて美祢線於福駅周辺の於福地区と、於福地区より南側の美祢市西部から下関市（旧豊田町）にかけて広がる大嶺・豊田前地区の二地区に大別される。大嶺・豊田前地区が大嶺炭田の主要部であり、於福地区はいわば飛び地に当たる。於福地区には美祢層が分布しているが上部と下部が欠けており、炭層としては麦川層と藤河内層が分布している。また大嶺・豊田前地区の炭層は東側（大嶺側）の方がよく発達しており、西側（豊田前側）は炭層の傾斜が急な上に断層による乱れも大きく、炭田の開発は主として東部の大嶺側から進められることになった。
中生代に形成された日本唯一の主要炭田.
世界的に見て、最も良質な上に炭層に乱れが少なくて炭層を挟む地層が堅いため採掘も容易な石炭は、古生代に形成された石炭である。しかし日本では古生代に形成された石炭は岐阜県の山間部にわずかに見られるのみで、経済的価値はほとんどない。中生代に形成された石炭もまた世界各地で採掘されているが、日本国内では大嶺炭田以外には大嶺炭田の南隣にある津布田炭田、岡山県の成羽炭田、京都府の舞鶴炭田、その他、福井県、徳島県、長野県などに見られるものの、いずれも経済的価値が低く、主要炭田と言える炭田は大嶺炭田のみであった。
石炭の発見と採掘の開始.