Die Hochfläche ruht auf den Kalk- und Mergelablagerungen des Tertiärmeeres das vor etwa 30 Millionen Jahren das Mainzer Becken bedeckte. Diese werden überlagert durch die gelblichen und fossilienreichen Flusskiese und Sande des Urrheins und den später angewehten Löß.
Die Niederschläge der Hochfläche durchsickern die oberen Sedimente und bilden charakteristische Feuchtbereiche und Quellhorizonte in den mittleren Bereichen der Hanglagen. Auch die für Rheinhessen typischen Rutschungen prägen das Profil der Hänge, besonders den Abfall hin zur Rheinebene. Der Kiesabbau birgt erhebliche Risiken für den Wasserhaushalt des gesamten Naturraumes. Das trockenwarme rheinhessische Klima ist gekennzeichnet durch geringen Niederschlag und lange Sonnenscheindauer.