Nesttunvassdraget ligger i Bergensbuene, som ble dannet ved den kaledonske fjellkjedefoldingen. Berggrunnen domineres av anorthositt og mangeritt i de nordre deler av Åsane og Arnadalen til Nesttun og Flesland. De høyereliggende delene av vassdraget, områdene rundt Gløvrevatnet, domineres av gneis.