À excepção de pequenas zonas limítrofes, toda a área do PNSAC encontra-se incluída no Maciço Calcário Mesozóico, sendo que os constituintes geológicos principais pertencem, quase totalmente, ao Jurássico com predominância dos calcários pertencentes ao Dogger (Jurássico Médio). Existem ainda formações Cretácicas e Miocénicas junto da extremidade SE e S do Parque Natural já pertencentes à série de planaltos Miocénicos da Bacia Terciária do Tejo, formações Plio-Plistocénicas indiferenciadas na parte SW da Serra dos Candeeiros, formações modernas, detríticas e de “terra rossa”, nos vales e depressões fechadas, aluviões modernos ao longo de algumas linhas de água e afloramentos de rochas eruptivas, como sejam doleritos e rochas afins, basaltos e brechas vulcânicas.

Do ponto de vista morfológico podem diferenciar-se no Maciço Calcário Estremenho três sub-unidades que correspondem a compartimentos elevados – A Serra dos Candeeiros a Oeste, o Planalto de Sto. António ao Centro e Sul e o Planalto de S. Mamede e a Serra de Aire, respectivamente a Norte e Este. A separar estas  sub-unidades encontram-se três depressões originadas por grandes fracturas, respectivamente a depressão da Mendiga, o Polje de Minde-Mira e a depressão de Alvados.

Por todas estas razões, este é um local onde os mais significativos e típicos fenómenos cársicos se encontram representados no nosso país, de que são exemplo as dolinas, as uvalas, os poljes e campos de lapiás, no que concerne ao modelado de superfície, e a existência de inúmeras grutas (mais de 1500) que cruzam o interior do maciço.

Apesar da ausência de cursos de água de superfície organizados nesta região, eles existem em abundância no subsolo, constituindo um dos maiores – se não o maior – reservatório de água doce subterrânea do nosso País e que se estende entre Rio Maior e Leiria.

Das várias nascentes cársicas existentes na região, a mais conhecida e importante no que toca a caudais emitidos é a dos Olhos de Água do Alviela, que fornece água a Lisboa desde 1880.

CLIMA

O clima da área do PNSAC caracteriza-se por constituir uma peculiar transição entre as condições mediterrâneas e atlânticas, sendo por isso húmido, de temperaturas médias e com grande deficiência de água no Verão.