Územie Chránenej krajinnej oblasti Záhorie geologicky vytvárajú sedimenty mladotret’ohorného mora Viedenskej panvy s mocnosťou 4000 až 5000 m. Vypĺňajú ju prevážne sliene, zlepence a pieskovce s veľkým množstvom zvyškov skamenelých živočíchov (lastúrnikov). V čase sedimentácie mohutnými zlomami vzniklo množstvo krýh so zložitou štruktúrou, hrastí a priekopových prepadlín. V týchto štruktúrach v horninách jednotlivých krýh utesnených zlomami sa neskôr hromadila migrujúca ropa a zemný plyn. V ďalšom období pokračoval pokles kôry oproti susedným Karpatom a územie sa pokrylo súvislým krytom štvrtohorných uloženín. Štvrtohory sú zastúpené eolickými pieskami, riečnymi štrkmi, kalmi, miestami aj sprašovým príkrovom. Reliéf má rovinný až pahorkatinný ráz. Predstavuje tri základné typy krajiny. Pozdĺž rieky Morava sú ploché poriečne roviny, najmladšie útvary. Od nich sa dvíhajú skorším dnom koryta vytvorené terasovité plošiny a nad nimi zvlnené roviny až pahorkatiny viatych pieskov s rozlohou 570 km2. Viate piesky vytvárajú súvislú rozsiahlu plochu, ale mnohé duny sú osihotené na nive aj terasách. Duny dosahujú až 20 m výšku. V teréne sú najviac zastúpené dlhými presypovými valmi, napríklad Kobylárske vŕšky. Najväčšiu plochu tvoria chaotické, vetrom zvlnené príkrovy, v ktorých sú miestami zamokrené zníženiny. Čelné hrádze navŕšených pieskových presypov od Malých Karpát svedčia o navievaní západnými vetrami. Ložiskom piesku boli nánosy riek Morava a Dyje. Stopy naviateho piesku v potokoch Malých Karpát dokazujú, že doba navievania bola aj v starších periódach pleistocénu.
Piesok neobsahuje vápnik, čo brzdí tvorbu humusu spolu s nadmernou prevzdušnenosťou, ktorá podmieňuje rýchly rozklad a oxidáciu organických látok až na elementárne prvky, extrémne znižuje pútaciu schopnosť a sťažuje aj využívanie umelo dodávaných živín. V prírodnom stave je piesok neúrodný, lebo ho tvorí takmer čistý hrubozrnný piesok s malou minerálnou silou.
Pôdy vzniknuté na piesku majú absolútny nedostatok organických a minerálnych koloidov, malú súdržnosť, za sucha sú často sypké. Ľahko podliehajú veternej erózii. Nie sú schopné zadržiavať zrážkovú vodu, ktorá rýchlo presakuje mimo dosah koreňov. Nevytvára jemné kapilárne póry, čo nepripúšťa ani kapilárnu vzlínavosť. Takéto pôdy sú citlivé na odstránenie povrchovej vegetácie alebo zníženie podzemnej vody, nepatrný humus sa rýchlo mineralizuje, piesok vysýcha, odvieva ho vietor. Prenáša ho na nové miesto, kde zasa zasypáva povrchovú vegetáciu.
Významnú úlohu majú aj lužné pôdy v nive Moravy, ktoré svojimi vlastnosťami kontrastujú s piesočnými pôdami. Sorpčný komplex majú nasýtený, obsah humusu do 5 %, priaznivú pôdnu štruktúru, ich reakcia sa blíži k neutrálnemu bodu. Vznikli náplavami humusových látok nahromadených do hĺbky, kde prevlhčenie pôdy spôsobujú minerálne bohaté podzemné vody.
Záhorská nížina, ako ju vymodelovali za stáročia búrlivé vetry, vyviatím pieskov zo širokých terás rieky Morava, tvorila krajinu, zloženú z oblých presypov, barchanov a dún polmesiačkového tvaru. Obraz iste atraktívny, ale smutný, oživovaný iba preháňaním sa tmavých mračien piesku, v čase, keď ostatné časti Slovenska hýrili zeleňou. Až v mladších vlhkejších štvrtohorách náveje pieskov ozeleneli a krajina začala strácať ráz piesočnej púšte.