El cantón de Tilarán está constituido geológicamente por materiales de los períodos Terciario y Cuaternario, siendo las rocas volcánicas del Terciario las que predominan en la región.
Del período Terciario se encuentran rocas de origen volcánico, de la época Mioceno, ubicados en el Grupo Aguacate y a las formaciones Monteverde y Cote; el Grupo Aguacate está compuesto principalmente por coladas de andesita y basalto, aglomerados, brechas y tobas, el cual se localiza en la zona suroeste de la región, próximo al límite con los cantones Cañas y Abangares; la Formación Monteverde está constituida por lavas y tobas andesíticas, tobas riodacíticas, cubierta por suelos lateríticos, que se ubica en la zona comprendida por los poblados Santa Rosa, Cabeceras de Cañas la margen sur de la laguna del Arenal y el límite sureste del cantón; la Formación Cote está constituida por una secuencia de piroclásticos compuesta por cenizas, tobas, arenas y a veces lapilli, la cual se sitúa en los cerros al norte de la laguna del Arenal.
Entre los materiales del período Cuaternario, se localizan rocas de origen volcánico y sedimentario. Las volcánicas de la época Pleistoceno, pertenecen a la Formación Bagaces, llamada Toba gris, la cual se compone de tobas e ignimbritas de composición dacítica y cuarzo, formadas de una masa heterogénea de fragmentos de pómez y fragmentos líticos, muy pobremente estratificada y cementada por una matriz vítrea, aglutinada, sedimentos lacustres y fluvio lacustres lavas columnares, que se localiza al sur del poblado Montes de Oro. Las rocas sedimentarias de la época Holoceno corresponde a materiales Volcánicos, tales como lavas, tobas y piroclastos, situados al noroeste del cantón, lo mismo que en la zona al oeste y suroeste de la citada laguna, así como en el sector aledaño al poblado La Palma; y a Depósitos Fluviales y Coluviales, localizados en la ribera noreste de la laguna Arenal, así como en las márgenes del río Cañas, aguas abajo, desde su confluencia con el río El Dos.
