Geologisch wird das Naturschutzgebiet vom Kontakt des Demitzer Granodiorits mit der jungproterozoischen Lausitzer Grauwacke geprägt. Letztere bildet mit ihrer schwach kontaktmetamorphen, gefalteten Kamenzer Serie ein sehr widerstandsfähiges Gestein, das scherbenartig verwittert. Der unter kaltzeitlichen Klimabedingungen in seinen obersten Schichten zu Grus zerfallene Granodiorit hat inzwischen weitgehend seine Grusdecke wieder verloren, wobei widerstandsfähige Gesteinskerne als Härtlinge stehenblieben und als Einzelblöcke und größere Blockanhäufungen die Hänge und Flachkuppen bedecken. Die pleistozäne Akkumulation hinterließ Schmelzwasser- und Flußschotter sowie Treibsanddecken. Periglaziale Verlagerungen, holozäne Talausfüllungen sowie Zeugen rezenter Massenbewegungen am Hang vervollständigen die Vielzahl geologischer Bildungen.
In eine flachwellige Platte, die sich vom Fuße des Keulenbergrückens im Süden bis zum Fuße des Wagenberges erstreckt, ist das Tiefental als unsymmetrisches Kerbsohlental eingeschnitten, das sich durch den schroffen Wechsel von verschieden exponierten Prall- und Gleithängen auszeichnet. Das Haupttal wird durch V-förmige Seitenkerben und Hangfurchen gegliedert sowie durch Terrassen, Talleisten und Felsklippen gestuft. Die Hänge sind bei Neigungen von 30 bis 70° überwiegend konvex geformt. Siehe auch   ---> Profildarstellung vom Tiefental