Topografien i den relativt jamne Raundalen gjorde anleggsarbeidet lettare sjølv om geologien enkelte stadar gav utfordringar for rallarane. Berggrunnen er for det meste harde gneisar som vart valsa ut under den kaledonske fjellkjedefaldinga for vel 400 millionar år sidan. Delar av grunnfjellet vart overkøyrd når den amerikanske kontinentplata (Laurentia) køyrde over den europeiske plata (Baltica). I Mjølfjellområdet var den kvite anortositten (ein størkningsbergart) med i denne kollisjonen. Dei imponerande fjella frå Olsskavlen (1576 moh.) vestover til Horndalsnuten (1461 moh.) har gneis av granittisk samansetning, mens det er meir basiske gneisar på nordsida. Fyllitt verka som glidemiddel under kollisjonen, og det er eit lite område med fyllitt like ved Upsete, samt eit større område vest for Rastalii. I overgangen mellom skyvedekket og fyllitt er det ei sone med kvartsittskifer. Skifer frå denne sona har i lange tider vorte tatt ut til takheller (Vossaskifer).
Opphavet til gneisen i Jotundekket er uviss, men fyllitten har vore ein sedimentær bergart avsett som leire i havet, komprimert til leirskifer og omdanna (metamorfosert) under kontinentkollisjonen. Vossaskiferen skuldast òg kollisjonen som førte til at mange mineral vart parallellstilte, noko som gjer at dei lett lét seg kløyva opp i tynne flak. Det var dette steinarbeidarane gjorde seg nytte av i skiferbrota i Vossebygda.
Raundalen var eit naturleg val av trasé for Bergensbana på grunn av den relativt jamne stiginga frå Voss til Upsete, men der var det slutt. I 1895 kom den dristige planen om å kryssa fjellet Urdshovden i ein 5311 meter lang tunnel gjennom gneisen, og etter 6 år kom ein gjennom.
Istida har sett sine merke på både dalen og fjella ikring. På sørsida av Raundalen er det ei mektig fjellrekke med botnar, tindar og egger, heilt ulikt fjella lenger aust. Det er òg fleire hengjande dalar som syner at breen i hovuddalen grov litt meir enn dei mindre breane i sidedalane. I botnane låg det tidlegare lokale brear.
På Reimegrend ligg det mykje morenemateriale som gir djup jord. Når breen var på det tjukkaste gjekk det ein brestraum over dei høge fjella ned mot Hardangerfjordbreen, som nådde heilt ut til kysten. Når breen smelta ned i dalen ovanfor Mjølfjell vart det avsett eskerryggar i tunnelar under isen. I tillegg vart det danna daudisgroper der store isklumpar smelta fram frå grusen. Det same (eskerrygg og daudisgrop) skjedde på Bømoen på Voss der eskerar dannar høge grusryggar på den store flata. På slutten av istida rann smeltevatnet under breen over Flatlandsmoen mot Granvin ettersom breoverflata hella den vegen. Det var fjordbreen i Hardangerfjorden som kalva så snøgt og senka breoverflata slik at han lokka smeltevatnet til seg.