Dalam hal geologi, Pegunungan Phu Phan adalah bagian dari Kelompok Khorat, yang terdiri dari batu pasir, serpih, dan konglomerat Mesozoikum. Geomorfologi khasnya adalah "mesa", yang dicirikan oleh puncak datar dan tebing curam. Ini terbentuk oleh jutaan tahun pengangkatan dan erosi, yang menghasilkan pembentukan lengkungan batu berbentuk kubah terbalik yang dikenal sebagai "Kubah Phu Phan", yang merupakan reservoir sumber daya alam yang penting.