Au-delà de la frange calcaire étroite des Cévennes à l'aval, c'est bien le schiste, complété par le granit et le gneiss, qui fait l'identité et l'originalité des vallées cévenoles. Les schistes et micaschistes sont nettement dominants dans le paysage cévenol. Ils sont issus de la transformation d'argiles, déposées par des mers très anciennes du début de l'ère primaire, datées d'environ 500 millions d'années. Leur composition feuilletée les rend sensibles à l'érosion et depuis le Quaternaire, l'action du gel et des pluies a conduit à la formation des serres et des vallées successives profondes et raises qui font l'essentiel de la morphologie des Cévennes aujourd'hui.
Les granits, plus durs, plus résistants à l'érosion, sont souvent constitutifs des sommets des Cévennes : Mont Lozère, montagne du Bougès, Mont Aigoual, montagne du Lingas. Ils sont issus des transformations des roches les plus anciennes lors de la formation de la chaîne hercynienne, par la remontée du magma à travers les micaschistes et les gneiss ; ils sont datés d'environ 300 millions d'années.