火炎山的地質(zhì)脆弱，其組成是以錦水頁巖、火炎山相、香山相，其中火炎山相與香山相歸屬頭嵙山層，屬於更新世產(chǎn)物，主要地質(zhì)構(gòu)造為厚層礫石間夾著薄層砂巖所構(gòu)成，並且表層已有紅土化現(xiàn)象，與大肚、八卦兩座臺地對比來看，依土壤紅化程度分析得知，火炎山紅土化程度較高，表示生成年代早於此兩座臺地。其南側(cè)濱臨大安溪，由於風(fēng)化與雨水的侵蝕作用，切割成許多尖銳山峰的組合。谷地內(nèi)則堆滿沖刷下來的礫石，有如礫石河流，往往沖蝕到山麓下縣道140線，因此公路總局築起隧道來防範(fàn)土石流沖蝕。由於具有崩塌斷崖地理景觀、原生馬尾松林林相 ，1986年6月27日依照文化資產(chǎn)保存法在此設(shè)立「苗栗三義火炎山自然保留區(qū)」。