Les formations géologiques sont constituées par des séries sédimentaires marines d’âge mésozoïque et cénozoïque (cycle alpin) et par leur substratum continental (massifs cristallins externes et internes) ou océanique (massifs ophiolitiques).
Au mésozoïque, une marge passive européenne de type atlantique supporte des dépôts de plateau continental correspondant aux épaisses séries externes de la zone dauphinoise ou helvétique (massifs subalpins); des dépôts de pente peu épais correspondent à la zone briançonnaise ; le fonds océanique lui-même constitue le substratum des schistes lustrés de la zone piémontaise.
La convergence amorcée dès le crétacé inférieur (au niveau des Alpes orientales) entre la plaque Europe et la plaque Afrique par subduction de fonds océaniques sous l’Afrique crée des conditions de métamorphisme de haute pression et conduit à la formation de nappes de charriage (nappes des schistes lustrés, nappes ophiolitiques) vers l’avant-pays européen. La collision, au crétacé supérieur, entre les marges continentales d’Europe et d’Afrique provoque des cisaillements dans l’arrière-pays (chevauchement du socle austro-alpin).
Cette tectogenèse précoce, qui affecte surtout les zones internes, est soulignée dans les zones externes par une sédimentation détritique du type flysch pouvant contenir des éléments volcaniques de nature andésitique. L’édifice structural réalisé dans les zones internes est soumis à un métamorphisme de haute température, bien développé dans les Alpes centrales et orientales. Les zones externes se structurent progressivement à partir de l’oligocène, avec formation de plis et de nappes déversés ou charriés vers l’avant-pays.
L’épaississement crustal résultant de cet orogène explique la genèse des reliefs par le jeu d’une tectonique en distension : surrection des massifs cristallins externes (massif du Mont-Blanc) et effondrements (plaine du Pô). L’érosion de ces reliefs conduit au dépôt d’épaisses séries détritiques de type molasse.