Η περιοχή της κοιλάδας του Κομψάτου αποτελείται από δύο ουσιαστικά ζώνες με πετρολογική και μορφολογική ετερογένεια.

α./ Η ζώνη Βόρεια του Πολύανθου καλύπτεται από τα μεταμορφωμένα πετρώματα της ζώνης της Ροδόπης (γνεύσιοι, σχιστόλιθοι, χαλαζίτες, αμφιβολίτες). Μέσα στη βραχομάζα αυτών των πετρωμάτων παρεμβάλλονται κατά θέσεις συστήματα μαρμάρων καθώς και εκρηξιγενή πλουτώνια πετρώματα (γρανίτες και γρανοδιορίτες).

β./ Η ζώνη νότια του Πολύανθου έως και Διαλαμπή, καλύπτεται από τεταρτογενείς χαλαρές αποθέσεις μικτής φάσης (αργιλοιλύες, άμμοι, χάλικες και κροκάλες) ποικίλης διαβάθμισης. Νοτιότερα δε, στο δέλτα του ποταμού, παρουσιάζονται τεταρτογενείς χαλαροί εδαφικοί σχηματισμοί με επικράτηση στην εδαφική μάζα της λεπτόκοκκης φάσης (ιλύες, άργιλοι και πηλός).