Le spettacolari arenarie della Riserva sono la testimonianza di un piccolo golfo marino del Pliocene (5-2 milioni di anni fa), quando l'odierna Pianura Padana era ancora un ambiente di mare aperto e profondo, a ridosso del quale la catena appenninica era già in gran parte emersa. Sulle rocce che affiorano nelle pareti del Contrafforte sono numerosi i segni che richiamano il loro luogo di origine: spiagge battute dal moto ondoso in cui sfociavano gli impetuosi torrenti appenninici.

I profili slanciati del Contrafforte, in particolare lungo il versante meridionale, sono l'esemplare risultato del modellamento erosivo avvenuto tra rocce di differente "durezza", con le soprastanti arenarie che si sono mostrate ben più resistenti all'erosione dei pendii argillosi alla loro base.

Lungo le pareti gli agenti atmosferici, tra cui domina il vento, hanno creato forme peculiari, incidendo più rapidamente gli spessori rocciosi meno cementati o più fratturati: così si sono creati i magnifici torrioni vicino alla cima di Monte Adone o lungo le pareti di Sadurano, ma anche anfratti, sottoroccia e cenge, come quelle della Rocca di Badolo e di Monte del Frate. La presenza di fratture e faglie che attraversano la roccia ha invece favorito lo sviluppo di piccole cavità, come la Grotta delle Fate di Monte Adone e quella dei Funghi presso Badolo.

Inglobati nella roccia o sciolti tra i detriti si incontrano numerosi resti fossili degli organismi che abitavano il golfo pliocenico: per lo più gusci di molluschi gasteropodi e bivalvi, tra cui è facile riconoscere le valve dell'ostrica. I fossili forniscono dati importanti per la ricostruzione dei loro ambienti di vita (clima, profondità dei fondali, salinità delle acque).

Molto caratteristiche e frequenti sono le tracce fossili, simili a grossi vermi pietrificati, che derivano dalla fossilizzazione di gallerie scavate nel sedimento dagli organismi.