В отложениях, подстилающих центральную часть Валдайской возвышенности, преобладают породы палеозойского и четвертичного возраста.
Палеозойские отложения представлены комплексом пород верхнего девона и нижнего карбона. К этим отложениям приурочены наиболее выдержанные и обильные водоносные горизонты, вскрываемые лишь некоторыми водотоками. Наибольшее значение в формировании стока имеют подземные воды четвертичных отложений. Эти отложения слоем от 2 до 170 м сплошным плащом покрывают размытую поверхность пород палеозойского времени, представлены преимущественно валунными суглинками с прослоями песка и гравия, а также современными песчаными, супесчаными и торфянистыми образованиями. Характерная особенность четвертичных отложений — большая изменчивость их литологического состава в горизонтальном и вертикальном направлениях. Грунтовые воды толщи межморенных и моренных отложений сплошного распространения не имеют, и в тех случаях, когда они вскрываются водотоками, играют обычно незначительную роль в их питании. Основная роль в питании водотоков принадлежит самым верхним водоносным горизонтам, залегающим на глубине 0,5—5,0 м в песчаных, суглинистых и торфяных слоях моренных и современных отложений, подстилаемых обычно тяжелыми суглинками и реже — глинами. Зеркало грунтовых вод верхнего горизонта почти повсеместно сглаженно повторяет рельеф местности. Грунтовые воды динамичны и принимают непосредственное участие в формировании паводочного и меженнего стока водотоков и дренируются почти всей гидрографической сетью, в том числе тальвегами логов и заболоченными понижениями. Эти воды — главный источник формирования грунтового стока на изучаемых водосборах.
Район стоковой станции Подмосковная в геологическом отношении принадлежит к западному крылу Московской верхнепалеозойской котловины, сложенной в основном породами каменноугольного периода. В бассейне можно проследить следующий геологический разрез: с поверхности и до глубины 35— 40 м залегают породы четвертичного возраста, под ними нижнемеловые отложения. Кроме того, глубокими скважинами вскрыты верхневолжские и среднекаменноугольные образования. В районе станции обнаружены две морены — средняя и верхняя. Отложения средней морены по времени своего образования относятся к действию мощного ледникового покрова Днепровско-Донской фазы оледенения. Отложения верхней морены соответствуют по времени Московской фазе оледенения. К современным образованиям в описываемом районе относятся отложения современных пойменных террас, рек, ручьев и оврагов.