L'observatoire est placé au coeur d’une incision de relief dont le Loup est le principal acteur. Les premières centaines de mètres de relief correspondent à l’empilement des étages sédimentaires. La géométrie des couches peu plissée se caractérise par un azimut moyen N90-N100 et un plongement vers le Nord d’une dizaine de degrés. L'empilement des étages sédimentaires peut être décrit depuis le Sud où affleurent les terrains du Trias (250 Ma) reposant sur le socle du Massif des Maures-Tanneron, jusqu'au Nord où pointent les dépôts du Crétacé (100 Ma) au-dessus de Grasse (800m). Sa continuité depuis le socle lui vaut le nom d’unité autochtone (coupe AB sur le schéma), par opposition aux terrains déformés constituant les reliefs plus accentués visibles dans le paysage.
Le Pont du Loup repose en grande partie sur des dépôts de bas de pente et fluviatiles discordants sur les séries secondaires (Trias et Lias). L’incision du Loup est donc stoppée sur le toit du Keuper (Trias supérieur).
Cet étage est régionalement reconnu, au regard de ses propriétés particulières :
(1) son imperméabilité qui en fait une base d’aquifère efficace. Le long de l'incision du Loup, les sources affleurent toutes au contact entre la base du Jurassique et le toit du Trias.
(2) son comportement rhéologique élastique qui facilite le décollement de la série sédimentaire. dans la tectonique régionale, elle constitue la base des rampes de chevauchement et prend le nom de couche savon (coupe CD du schéma).
Le karst (érosion caractéristique des paysages calcaires) se développe donc dan le Jurassique. Sa construction est guidée dans le massif par des plans de plus faible perméabilité, le long des joints de stratification et dans les plans de failles. La tectonique est visible dans le paysage par l'empilement des nappes (répétitions de la série sédimentaire). Cette géométrie constitue du Sud vers le Nord les plateaux de la Malle (800m), Caussols et Cavillore (1000m) sur lesquels repose le plateau de Calern (1200m). En surface, cette disposition se manifeste par la succession de falaises et de plateaux
En profondeur, la géométrie de ces chevauchements est également redondante. Chaque unité tectonique, appelée écaille, présente une déformation en synclinal d’axe Ouest-Est et dont la base repose sur le Keuper. Chaque écaille est donc assimilable à une cuvette étanche et constitue de ce fait un bon aquifère.
Au cours d'évènements météorologiques passés, des interconnexions entre ces nappes ont été observées, fonction de la saturation en eau du massif (cf. bibliographie).
En première approximation, l’exsurgence du Pont du Loup correspond donc aux eaux souterraines circulant dans l’autochtone, le plateau de la Malle. La captation des eaux de pluies correspond donc à une superficie de 30km2. Mais quelques marquages depuis des avens en bordure du plateau de Caussols ont révélé un drainage en direction du Pont du Loup (carte de circulation hydrique).
