Die Val Lumnezia setzt sich aus verschiedenen Serien des sogenannten «Bündnerschiefers» zusammen, welche die Täler südlich des Rheins aufbauen: Valsertal, Safiental, Domleschg sowie die nördlichen Bereiche des Schanffigs und des Prättigaus. Weitere Aufschlüsse sind im Unterengadin und Avers-Bergell vorhanden. All diese mehrere 100 m mächtigen, tonigen Bündnerschieferserien wurden über den Gotthardmassiv geschoben. Der Aufbau der Bündnerschiefermassen ist sehr komplex, da seine Entstehungsspuren im Laufe der Jahrmillionen weitgehend verwischt wurden. Zeugen der Vergangenheit finden sich nur vereinzelt. Generell sind die Bündnerschieferserien aus grauen, schiefrigen, tonig-kalkigen Bänken aufgebaut, die mit Quarzitadern durchsetzt sind.
Die Bündnerschiefer der Val Lumnezia können in zwei Hauptpakete unterteilt werden. Nördlich des Glenners liegen die grauen, stark verwitterten Schieferbänke, die zum Sedimentmantel des Gotthardmassivs gehören. Diese liefern die Grundlage für fruchtbare Landwirtschaftsböden, unterliegen jedoch einer starken Erosion. Südlich vom Talfluss befindet sich die Zone der Lugnezer Schiefer. Besonders dramatisch ist die jüngste Erdgeschichte der linken Talseite von Lumbrein bis Porclas verlaufen. Hier fallen die Bündnerschieferserien generell mit einer Neigung von 15° gegen Südosten ein. Eine zusammenhängende Schiefermasse von 25 km2, deren Mächtigkeit auf etwa 100 m geschätzt wird, rutscht unaufhaltsam talwärts. Unterhalb der Abrisskante treten Schiefer- und Schuttrutschungen, Sackungen und Rüfen auf. Insgesamt sind 2.5 km3 Masse auf durchnässten Gleitflächen in Ton- und Kalkschiefern in ständiger Bewegung. An der Talsohle werden die steilen Abhänge vom Glenner, romanisch «Glogn», dem Lugnezer Hauptfluss unterspült. Nach den Hochwassern von 1927 und 1928 kam der Boden in Peiden so stark ins Rutschen, dass das Dorf beinahe evakuiert werden musste. Die Kirche von Peiden hat sich von 1887 bis 1989 um mehr als 16 m gegen Ost-Südosten verschoben und um 4 m gesenkt. Wie die Messungen zeigen, hängt die Rutschgeschwindigkeit stark von der Niederschlagsmenge ab. Aufwendige Entwässerungen, Flusskorrekturen und der Bau des Stausees von Zervreila haben eine deutliche Beruhigung dieses grossräumigen Rutschgebietes mit sich gebracht.
Der östliche Talabschnitt auf der rechten Talseite ist weniger stark von Erdbewegungen geprägt. Dafür ist dieser Hang durch die Erosion der Seitenbäche stark zergliedert. Der weiche, tonige Bündnerschiefer wurde durch Bäche mit starkem Gefälle zu tiefen Tobeln erodiert. Dieser Erosionsprozess dauert noch an. Vor allem bei heftigen Niederschlägen transportieren die Bäche viel Schutt aus den Seitentälern und lagern das Material oft fächerförmig an der Talsohle ab. In regelmässigen Abschnitten von wenigen Kilometern grenzen tiefe Schluchten die Gemeindegebiete der Terrassendörfer auf der rechten Talseite gegeneinander ab. Auch der Bündnerschiefer der Signina-Gruppe, welche die Val Lumnezia und das Safiental trennen, ist beiderseits der Kette so sehr von der Erosion erfasst worden, dass nur noch ein verwitterter, zerbröckelter und zerklüfteter Bergrücken zurückgeblieben ist. - Das Gebiet von Vrin zuhinterst im Tal, das bis in die imposante und geologisch aufschlussreiche Hochebene der Greina hinaufreicht, grenzt am Kristallin des Gotthardmassivs.
Im Valsertal verengt sich die Luchnern zwischen St. Martin und Vals zur wilden, steil abstürzenden Schlucht mit schroffen Felswänden. Hier kommen die kristallinen und mineralhaltigen Gneise der Aduladecke zum Vorschein, zu der auch das Zervreila- und Peilertal gehören. Der nördliche Grenzverlauf des Aduladecke liegt auf der Linie zwischen Vals und Olivone. Der Boden auf dem Gebiet von Vals ist karg und die Bewirtschaftung des steilen Geländes mühsam.
