Durante il tragitto si vedono cave un po’ ovunque segno evidente che queste montagne sono fatte di marmo, bianco o scuro che sia, e infatti Marmi e Marmi Dolomitici affiorano un po’ ovunque dalle pendici del Pisanino, a quelle del monte Roccandagia passando per la Focolaccia.
I Marmi sono Rocce Carbonatiche di origine marina, in pratica gusci e scheletri di organismi che si sono depositati in ambiente di piattaforma, cioè di mare poco profondo. Successivamente, a causa delle variazioni di pressione e temperatura, le Rocce Carbonatiche originarie hanno cambiato la loro struttura trasformandosi in marmo che dunque altro non è che Calcare Metamorfico. In questa trasformazione le rocce si sono anche per così dire ‘’depurate’’ ragione per cui i Marmi delle Apuane sono famosi in tutto il mondo per la loro bellezza.
Facendo una sezione geologica da est a ovest, possiamo immaginare la Carcaraia come una grande piega anticlinale con asse principale in direzione nord-sud, coricata sul lato orientale e la cui parte superiore è poi stata rimossa dall’azione del ghiaccio e dell’acqua, fino ad arrivare al paesaggio attuale.
Al nucleo della piega affiorano i Grezzoni, nella zona di cresta, e soprattutto Marmi Dolomitici, entrambi grandemente e facilmente carsificabili (cioè solubili in acqua arricchita in anidride carbonica), tanto che è proprio in queste rocce che si apre la totalità degli ingressi delle grotte principali. E’ ancora principalmente in queste rocce e nei cosiddetti Grezzoni che ne sono i ‘’cugini’’ più ricchi in dolomie, che si sviluppano le grotte con la particolarità che i marmi sono normalmente forieri di pozzi grandi e profondi. Questa imponente sequenza carbonatica si è deposta tra il Norico ed il Lias inferiore, cioé circa 210 milioni di anni fa. Al di sopra dei Marmi, ma visibile solo in pochi punti, affiora il più giovane Calcare Selcifero, datato Lias medio superiore. Si tratta sempre di una roccia carsificabile sebbene con maggiore difficoltà rispetto ai Marmi a causa della presenza di silice. Anche il Calcare Selcifero si è deposto in ambiente marino ma questa volta a profondità superiori (ambiente pelagico) rispetto alle Rocce Carbonatiche che costituiscono i marmi e affini. Uno dei punti dove si vede assai bene il contatto tra Marmi e Calcari Selciferi è tutta la fascia che corre sotto al Cavallo, gli Zucchi di Cardeto ed il Pisanino dove la netta variazione di colore corrisponde al passaggio litologico.
Al di sopra del Calcare Selcifero, di nuovo segnato da una netta variazione facilmente apprezzabile in cima agli Zucchi di Cardeto, si trovano deposti i Diaspri che sono rocce a prevalenza silicea deposte in mare profondo. Un altro punto della valle dove affiorano i Calcari Selciferi è una stretta fascia che si estende al di sopra delle Cave Basse di Carcaraia: anche qui, passeggiando nel bosco, con un po’ di fortuna si può vedere il contatto.
Sotto ai Marmi ed ai Grezzoni, invece, si trova un basamento antichissimo la cui origine è superiore a 300 milioni di anni, costituito da Filladi ed altre rocce impermeabili cosicché le acque che lo raggiungono si trovano a scorrere su di esso in direzione delle sorgenti. Tutte queste rocce appartengono all’Unità Autoctona delle Alpi Apuane.
