Pasvik-Inari -alueen kallioperä muodostuu pääasiassa voimakkaasti metamorfoituneesta, suuntautuneesta ja juovikkaasta pohjagneissistä, jonka iäksi on arvioitu yli 2,5 miljardia vuotta. Kallioperässä on myös paljon happamia syväkivilajeja, kuten graniittia. Paatsjokilaakson kallioperälle ovat ominaisia vihreäkivilajien vyöhykkeet, ja Vätsärin erämaassa esiintyy myös vulkaanisia kivilajeja sekä liuskealue. Järvien ja soiden lisäksi alueen kallioperää peittävät jääkauden muodostamat paksut sedimentti- ja moreenikerrokset.

Jääkauden muodostelmat

Viimeisen jääkauden, niin sanotun Dryas-kauden, paksu jäämassa alkoi sulaa yli 10 000 vuotta sitten, ja jää vetäytyi kohti etelä-lounasta parhaimmillaan noin 100-150 metrin vuosivauhdilla. Nykyisen Paatsjoen yläjuoksulla sijaitseva massiivinen jääpato keräsi sulamisvettä muodostaen laajan Inarin altaan. Kun pato murtui, sulamisvedet syöksyivät Paatsjokilaakson läpi koilliseen, kohti Jäämerta.

Mannerjäätikön sulamisvedet jättivät maastoon jälkiä, kuten Ylä-Paatsjoen kansallispuistosta koilliseen sijaitsevan Revsaksskradetin kanjonin. Kanjonin alajuoksulla on suistokerrostumia eli deltoja ja harjuja, jotka muodostuivat jäätikön virranneiden sulamisvesien kerrostamista maa-aineksista. Muita jäävirtojen aiheuttamia muodostelmia ovat muun muassa moreeniselänteet ja -kummut. Pinnaltaan lohkareiset moreenikummut ovat tyypillisiä Nellimin alueella.

Jatkuvasti liikkeessä oleva mannerjäätikkö sai aikaan myös Inarin ja Utsjoen kuntien alueilla sijaitsevat drumliinit ja uurteet. Drumliinit ovat jäätikön voimakkaan virtauksen alueella pohjamoreenista syntyneitä virtauksen suuntaisia selänteitä ja vakoutumat niitä matalampia harjanteita. Inari-Utsjoen drumliinikenttä on yli 100 kilometriä pitkä ja noin 50 kilometriä leveä ulottuen aina Norjan puolelle saakka. Drumliinit hallitsevat Vätsärin erämaan pohjoisosan maisemaa, ja niitä on nähtävissä myös Ylä-Paatsjoen kansallispuistossa Svartåsenin länsipuolella.