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 fjellkjedefoldingene, med sterk metamorfose under den sistnevnte. Overflatelag av sure strukturer med gabbro, amfibolitt, samt granitt og granodioritt (henholdsvis 1 250 - 1 000 mill år gammelt, og stedvis 1 550 - 1 480 millioner år gammelt). I vest er det et 1 270 - 1 000 millioner år gammelst lag av sandstein, konglomerat, ryolitt og basalt som dominerer de øverst strukturene. I nord og øst finnes det også større lag med kvartsitt og amfibolitt, som strekker seg nordover og inn i Buskerud. Den kaledonske fjellkjedefoldingen nådde ikke ned hit. Forkastningene går i sørvest-nordøst retning, dreiende til nordlig.