Il Parco, la cui altitudine va dai 130 ai 2793 m di M. Amaro, è costituito da rilievi carbonatici che superano o sfiorano i 2000 m, Majella, Morrone, Porrara, Pizzalto e Rotella, separati da valli e da pianori carsici.

Dal punto di vista geologico, la Majella è il massiccio più singolare dell’Appennino. I suoi calcari si sono depositati per lo più a partire da 100 milioni di anni fa sul fondo di un mare tropicale ricco di vita, come testimoniato da numerosi fossili; la sua orogenesi è recente (Pliocene, 5 milioni di anni fa).

Di forma tondeggiante per la struttura a piega anticlinale, è stata modellata dai ghiacciai quaternari che hanno lasciato circhi e valli sommitali (Femmina Morta, di origine glaciale ripresa in seguito dal carsismo). Sui fianchi orientale e settentrionale è incisa da profonde valli fluviali che scendono continue dalla cima alla base del massiccio (Valle dell’Orfento, V. delle Mandrelle-S. Spirito, V. di Taranta).

Tra Majella e Morrone, la bassa Valle dell’Orta assume i caratteri di un canyon creando uno scenario davvero unico. Per il fenomeno carsico, il territorio montano del Parco appare arido in quota ma è ricco di acque sotterranee che sgorgano copiose nelle sorgenti di valle. Sulla Majella si contano più di 100 grotte. Oltre alla Grotta del Cavallone con abbondanti stalattiti e stalagmiti, degne di nota sono la Grotta Nera per il “latte di monte” e la Grotta Scura di interesse speleologico. Forme epigee del carsismo sono le doline, gli inghiottitoi e i karren (solchi e forme di corrosione).

Verso sud, il Porrara si erge a lato del Quarto di Santa Chiara, uno degli altipiani carsici del Parco posto a 1250 m. Le acque raccolte dal suo inghiottitoio riemergono dall’altro versante della montagna a Capo di Fiume (Palena) che è anche sede di un importante geosito paleontologico. A sud est la morfologia cambia nettamente: i Monti Pizzi e il Monte Secine, di natura marnosa, spiccano in un paesaggio più dolce dominato da terreni argillosi.