La geologia del contesto vallivo brembano meridionale è caratterizzata dalla presenza di unità mesozoiche, in particolare triassiche.

La Dolomia Principale costituisce in effetti il litotipo dominante nell'area. Molto rappresentata è anche la formazione delle Argilliti di Riva di Solto che presenta ampi affioramenti nel settore nord-occidentale. La morfologia del territorio, espressione della natura e del diverso grado di erodibilità di queste rocce, è caratterizzata da bruschi e notevoli stacchi nella continuità dei versanti, con sviluppo di morfologie ruiniformi a guglie e pinnacoli entro i litotipi carbonatici e di morfologie più dolci e con minori dislivelli entro i litotipi argillitici, come quelli che caratterizzano il tratto della Valle Brembana da Lenna a Zogno o la media Val Taleggio.

Tipica espressione di questi stacchi sono le profonde forre presenti nei tratti terminali della Val Taleggio e della Valle Serina e all'altezza di Sedrina.

Una morfologia aspra e accidentata contraddistingue anche gli ambiti territoriali caratterizzati dalla presenza del Calcare di Esino come il tratto inferiore della Val Parina.

La dorsale settentrionale, culminante nel Pizzo del Diavolo di Tenda, è costituita da rocce scistose di colore scuro, intensamente deformate dai processi orogenetici, mentre a sud della linea Valtorta-Valcanale, le rocce presenti sono sedimentarie carbonatiche, di colore chiaro, e danno vita alle classiche morfologie carsiche riconoscibili nelle forme dei monti Arera, Venturosa e Cancervo.

L'alta Val Brembana è stata interessata dalle grandi glaciazioni che, a causa del mancato sviluppo di grandi apparati glaciali, hanno lasciato tracce modeste ancorché visibili nei circhi e nei laghetti glaciali (Lago dei Curiosi, Lago Cabianca, Lago Rotondo, Lago di Val Sambuzza, Laghetti di Ponteranica, ecc.) e nei depositi morenici che caratterizzano la porzione più elevata della valle.

In generale, la parte montuosa del territorio bergamasco in generale è caratterizzata, dal punto di vista strutturale, da una successione di "zone" distinte, da nord a sud, sulla base di peculiari caratteri e strutture tettoniche.

I caratteri morfologici qualificanti la valle, sono strettamente correlati alle caratteristiche litologiche delle successioni geologiche presenti. Il tratto iniziale, dalla confluenza con il Brembo, si sviluppa per circa tre chilometri; in esso il torrente Parina ha scolpito i Calcari di Esino della piattaforma ladinica, modellando un paesaggio che diviene subito aspro, dirupato, con profondi e paurosi orridi ricchi di particolari forme di erosione.

I calcari in questione occupano, con imponenti pareti verticali, buona parte della valle. Il Calcare di Esino è una formazione caratteristica di ambiente di piattaforma: è costituito da diverse litofacies, che comprendono calcari grigi – grigio nocciola localmente dolomitizzati.

Risalendo la valle, lungo l'unico sentiero, che impegna la destra orografica, è possibile distinguere le diverse litozone dell'Esino, che nella parte medio bassa sono massive e danno origine ad una morfologia segnata da strette forre e imponenti bastionate di roccia. Diversamente i settori medio superiori sono caratterizzati da una stratificazione a grossi banchi in cui sono presenti livelli fossiliferi, con accumuli di alghe dasycladacee e gasteropodi, che danno luogo a località fossilifere di notevole interesse.

Alla sommità della valle, che si raccorda con il fianco meridionale della Cima di Menna, le morfologie tendono ad addolcirsi, prefigurando il netto cambiamento delle condizioni geologiche, nei pressi di Oltre il Colle, al limite del S.I.C..

A queste quote è ben visibile la struttura della potente piattaforma carbonatica su cui nelle zone più elevate, sul monte Medile (1.589m s.l.m.), poggiano le formazioni di Breno, caratterizzate da calcari dolomitici grigi in banchi metrici, e il Calcare Metallifero Bergamasco.

Quest'ultimo è costituito da calcari grigio scuri con stratificazione fitta e liste di selce nera, contiene al suo interno tasche mineralizzate a Piombo – Zinco, fluorite e barite, oggetto di interesse minerario.

Superata la sella che separa il Medile dal monte Ortighera, ecco affiorare la formazione dell'Arenaria di Val Sabbia, segnata da siltiti e litoareniti vulcaniche di colore da grigio-verde a rossastro, stratificate in banchi pluridecimetrici. Questi settori di affioramento sono interessati da un esteso e complesso sistema di faglie con andamento nord – ovest sud – est che attraversano e superano la Val Parina.

Degni di nota, soprattutto per lo sfruttamento a cui sono stati sottoposti nel passato fino ad oggi, sono gli affioramenti del Calcare Rosso, limitatamente estesi all'imbocco della confluenza con il Brembo, circa a quota 1.000 m s.l.m. lungo una stretta striscia alla sommità dello spartiacque tra la località Foppazza e il Pizzone: questa formazione è costituita da calcari intensamente modificati da diagenesi, con cavità e fratture contenenti paleosuoli, che da colori grigio scuri virano al rosso deciso (terre rosse), disegnando particolari motivi cromatici "arabescati".

Con il termine di sovrascorrimento vengono intese quelle masse rocciose che si spostano lungo superfici poco inclinate sotto la spinta dei processi tettonici di tipo compressivo che danno luogo alla formazione delle catene montuose.

Un'altra differenza tra le unità strutturali appartenenti alle Alpi meridionali e le unità poste a nord della linea insubrica è data dal senso apparente del movimento tettonico di queste: mentre nelle Alpi le unità strutturali si sono mosse verso nord, ossia verso il continente europeo, nelle Alpi meridionali i sovrascorrimenti sono stati trasportati verso sud, ovvero verso il continente africano.

Questo tipo di rocce sono di origine prevalentemente marina e sono state prodotte dall'accumulo degli scheletri di organismi viventi. Dal punto di vista chimico queste rocce sono costituita esclusivamente o prevalentemente da carbonato di calcio (CaCO3).

Un ulteriore requisito fondamentale per la formazione di fenomeni carsici è rappresentato dall'azione dell'acqua acida su tali rocce calcaree.

Il carbonato di calcio di per sé è insolubile, ma quando è a contatto di acqua acidificata per esempio perché contiene disciolta dell'anidride carbonica (o biossido di carbonio, CO2) il carbonato di calcio si trasforma in bicarbonato di calcio, che è solubile e che viene asportato dall'acqua stessa. Il calcare quindi diviene solubile in acqua solo se questa è acida, ma in natura tutte le acque meteoriche ossia la pioggia, la grandine e la neve sono leggermente acide, poiché disciolgono la CO2 presente in atmosfera.

Il fenomeno di dissoluzione inizia quindi alla superficie della roccia, dove è a contatto con l'acqua, ma via via che si formano fratture e cavità a causa della dissoluzione del bicarbonato di calcio l'acqua penetra in profondità, dove scava e allarga le vie di circolazione. Per questo motivo nelle zone carsiche l'idrografia superficiale è scarsa o completamente assente: nonostante le precipitazioni, le zone carsiche sono molto aride in superficie.

È possibile avere un carsismo "puro" che produce forme attribuibili solamente alla soluzione della roccia ad opera della circolazione dell'acqua, ma molto più spesso questo processo di soluzione si combina con altri fenomeni geologici, dando origine ad una morfologia composta che conferisce al paesaggio un aspetto speciale e unico.

Un paesaggio che ha avuto delle influenze da parte di strutture tettoniche si definisce "tectocarsico"; un paesaggio in cui le forme carsiche sono scavate in un rilievo fluviale è definito come "fluviocarsico"; un paesaggio invece dato da forme che rivelano sia il modellamento carsico che quello glaciale è detto "glaciocarsico".

A livello generale il territorio brembano è caratterizzato da carsismo diffuso che ha concorso a generare una serie di forme assai diversificate e complesse, anche se meno estese rispetto alla vicina Valle Seriana.

In Val Brembana sono presenti tutti e tre i tipi di carsismo per la presenza di pieghe, faglie e sovrascorrimenti che caratterizzano la zona, per l'esistenza di valli sospese, di fiumi e torrenti attivi, di sorgenti e per la presenza di morfologie glaciali.

Le fasi di sviluppo del fenomeno carsico sono molto lente e legate a particolari condizioni presenti sul territorio in tempi diversi. L' "innesco" si ha, come detto, con la soluzione sulla superficie esterna, nelle zone di debolezza quali, ad esempio, piani difatturazione della roccia o di stratificazione, dove l'acqua, infiltrandosi, riesce a compiere la sua opera.

In generale le forme carsiche si distinguono in forme di superficie (forme epigee) e forme profonde (forme ipogee). Molte forme di superficie, ad esempio i karren su frattura, possono dare l'impressione che ci sia continuità in profondità. Quindi, dal punto di vista morfogenetico, per alcune forme c'è correlazione tra forme epigee e ipogee. Le principali forme epigee, oltre ai karren su frattura (crepacci), sono i karren a doccia, i karren a scanellature, i karren ad impronta, le vaschette di corrosione, i fori.

Le gallerie si sviluppano lungo incroci di due o più piani di fratture e/o di stratificazione. Gli incroci sono più larghi del semplice piano di frattura o di strato e perciò sono i luoghi in cui l'acqua scorre più facilmente e corrode la roccia fino a formare le grotte. Se l'acqua riempie completamente la galleria questa tende ad assumere una forma circolare in quanto scioglie la roccia in uguale misura su tutto il perimetro. Si formano perciò delle gallerie di sezione circolare od ellittica dette dagli speleologi "gallerie freatiche" o "a condotta forzata", ma il termine tecnico che le indica è gallerie singenetiche.

Se in un tempo successivo, per qualche motivo diminuisce la quantità di acqua che circola nella galleria, e di conseguenza questa non è più allagata, il calcare verrà sciolto solo al contatto con l'acqua e cioè nella parte bassa della galleria. Si possono così formare gallerie a forra (dette anche a canyon) o a meandro, dette dagli speleologi a buco di serratura.

I pozzi invece possono essere di due tipi: pozzi a cascata e pozzi da erosione inversa. 

I primi si formano in modo analogo alle gallerie lungo gli incroci di due o più piani di fatturazione, che però non sono orizzontali. Sin tanto che l'acqua allaga completamente la condotta questa mantiene una forma circolare. Quando l'acqua diminuisce, poiché la condotta è inclinata, tende a formarsi una serie di rapide, poi di piccole cascate ed infine un singolo pozzo originato dall'arretramento della cascata. I pozzi da erosione (corrosione) inversa hanno una genesi completamente diversa. Dalla superficie l'acqua può infiltrarsi in profondità lungo una frattura o in corrispondenza di una dolina di corrosione. Se questa acqua incontra una cavità essa tende a corrodere il calcare nel punto in cui la frattura sbocca nella cavità. All'inizio la dissoluzione crea una sorta di rientranza nella volta della cavità (camino); il camino tenderà ad allungarsi verso l'alto per azione dell'acqua che scorre lungo le pareti. Nel frattempo l'eventuale dolina in superficie tenderà ad approfondirsi sempre più fino a quando, con il crollo del diaframma si originerà un pozzo aperto in superficie. Ovviamente questo tipo di pozzo si può formare anche in profondità tra due gallerie sovrapposte. Le sale che possono avere le forme più varie si formano in corrispondenza degli incroci di gallerie, anche su piani diversi.

Le attività di esplorazione, anche grazie alle attività dell'Ente Speleologico Regionale Lombardo, in questi ultimi anni sono riprese in maniera assidua, e hanno permesso di rilevare molti dati su nuove cavità presenti nel territorio regionale. Un'accurata analisi di dettaglio evidenzia che nelle zone in cui vi è un forte contributo da parte della tettonica sono presenti nicchie e pozzi che proseguono in profondità per centinaia di metri. Già da molti anni sono in corso indagini ed esplorazioni speleologiche che hanno "riportato in superficie" una grande quantità di dati e rilievi del sistema carsico ipogeo.