Il territorio della Riserva si connota quale regione di basse colline, con versanti dolcemente acclivi, di natura carbonatica. Localmente affiorano anche sabbie e argille derivanti dai sedimenti deposti dal mare, che nel Pliocene colmò le valli interposte tra i massicci calcarei. Nella parte occidentale dell’area si possono osservare tufi derivanti dall’attività del vulcano Sabatino, risalente a più di 600.000 anni fa.
Le formazioni calcaree presenti in tutta l’area dei Monti Cornicolani danno origine a diffusi fenomeni di erosione carsica, che si manifestano attraverso sprofondamenti carsici (sinkhole), doline, grotte e campi carreggiati. All’interno della Riserva si localizzano alcune di queste manifestazioni come il Pozzo del Merro, la Buca di San Francesco e le doline di Bosco Nardi-Grotte Cerqueta, probabilmente originatesi da fenomeni di crollo della volta di cavità sotterranee preesistenti, facilitati dall’erosione delle acque piovane. L’attività carsica è un processo in continua evoluzione che riesce a modificare in maniera dinamica e in modo repentino la morfologia superficiale del territorio.
Di eccezionale e di altissimo interesse per geologi e idrogeologi, il Pozzo del Merro è una delle voragini carsiche allagate più profonde del pianeta, praticamente inesplorata prima della ricerca effettuata nel 1999-2000 dall’Università degli Studi di Roma “La Sapienza” con la collaborazione del Nucleo Sommozzatori dei Vigili del Fuoco. L’andamento della cavità è tipicamente imbutiforme, con un diametro in superficie di circa 150 metri che si restringe in profondità fino a 5-6 metri. A circa 70 metri di profondità dalla superficie la falda acquifera sotterranea affiora formando un piccolo lago, la cui esplorazione subacquea con un sofisticato robot ha portato finora ad accertare l’ulteriore profondità della voragine a 392 metri, senza tuttavia trovarne il fondo. E’ bene sottolineare la delicatezza dell’ecosistema del Pozzo del Merro e il rischio legato alla sua esplorazione per i numerosi fenomeni di crollo delle pareti verticali della parte emersa. A salvaguardia dell’incolumità pubblica, il comune di Sant’Angelo Romano ha emesso nel 2000 un’Ordinanza di assoluto divieto di ingresso nell’area del Pozzo.