鈴木ほか（１９７７）及び鈴木（１９８７）による会津盆地周辺の地質図，地質断面図及び層序対比表を図３−２， 図３−３に，地質調査所発行の５万分の１地質図幅「若松」（山元・吉岡，１９９２）による，会津盆地南部の地質図，地質断面図及び層序対比表を図３−４に，福島県発行の５万分の１地質図幅「喜多方地方の地質」（鈴木ほか，１９７３）を図３−５に示す。

盆地内には沖積層や完新世の低位段丘・扇状地堆積物が分布する。盆地を取り囲む山地には，中新世の火山岩類が，北東側の山地には中期更新世〜後期更新世の猫魔火山噴出物が広く分布する。盆地西縁付近の山地には，後期中新世〜中期更新世の陸水成の地層が分布し，盆地側に傾斜している。これらの地層は，下位より後期中新世〜前期鮮新世の藤峠層，鮮新世の和泉層，前期更新世の七折坂層及び前期更新世〜中期更新世の塔寺層に区分される。藤峠層及び和泉層は礫岩，砂岩，泥岩，凝灰岩及び亜炭層から，七折坂層は主に礫層及び凝灰岩から，塔寺層は礫，砂，泥，凝灰岩の互層からなり，各層は概ね整合関係であるが，藤峠層と和泉層及び和泉層と七折坂層とは一部不整合とされている。

盆地西縁の塔寺層以下あるいは七折坂層以下の地層は，阿賀野川以北及び南端部において，東傾斜の顕著な撓曲構造を示し，特に北部では逆転構造や衝上断層が発達するところがあるとされている。中央部の会津坂下町から新鶴村にかけての塔寺層以下の地層は，撓曲部の地層は２０°〜３０°程度東に傾斜しているとされている。