Zhruba ze 40 % je zájmové území tvořeno chlorit-muskovitickým a biotit-muskovitickým fylitem s grafitem. Tvoří převážnou část Vysokoholského hřbetu, v menší míře zasahuje do severní a východní části rezervace. Druhým nejrozšířenějším geologickým podložím jsou starší deluviální písčito-hlinité a kamenito-hlinité sedimenty. Tyto sedimenty překrývají desenské biotické ruly, místy muskovit-biotické retrográdně metamorfované ruly, které vystupují pouze v centrální částí NPR (okolí Pradědu) a v její nejzápadnější části a tvoří jádro klenby. V prostoru asi 200 m jižně až jihovýchodně od Petrových kamenů nasedají na ruly horniny obalové vrbenské série, tvořené převážně křemenci, fylity a krystalickými vápenci. Místy se vyskytují také rašeliny, zelené břidlice a kvarcit. Další jsou zastoupeny jen ve velmi malé míře.
Územím NPR prochází množství zlomů. Jsou to zlomy ověřené, předpokládané (nepřesně lokalizované), násunové nebo zakryté mladšími útvary. Převládají zlomy směru SZ-JV a zlomy na ně kolmé.