Denne vestlige delen av Telemark tilhører det svekonorvegiske grunnfjellsskjoldet, og består av to geologiske hovedformasjoner av proterozoiske bergarter som er dannet under de og senere fjellkjedeforldingene, med sterk metamorfose under den sistnevnte. I sør og vest dominerer strukturer med 1 250 - 1 000 mill år gammel granitt og granodioritt, stedvis også granittisk gneis og gabbro, amfibolitt. Helt i vest er det et 1 270 - 1 000 millioner år gammelst lag av sandstein, konglomerat, ryolitt og basalt. I nord og øst finnes det større lag med kvartsitt og amfibolitt, som strekker seg nordover og inn i Buskerud. Den kaledonske fjellkjedefoldingen nådde ikke ned hit. Forkastningene går i nordvest-sørøst retning.