Литологическая неоднородность грунтов, неглубокое залегание грунтовых вод и наличие внутрипочвенного стока - все это обусловило участие в почвенном покрове полугидроморфных и гидроморфных лесных почв наряду с автоморфными (на глубоких песках).
Осветление почвенного профиля (элювиально-глеевый процесс), или его части, вызвано сезонным застоем верховодки (временный уровень грунтовых вод) над подстилающей породой. Подстилающей породой в данном случае выступает тяжелый пылеватый суглинок. Белесая окраска элювиально-глеевых горизонтов песчаных почв заповедника связана с потерей кварцевыми зернами песка окисных пленок железа.
На территории заповедника очевидно доминирование дерновых лесных почв. Исключение составляет лишь третья надпойменная терраса, где 67% территории занято серыми и темно-серыми лесными почвами. Средняя мощность гумусово-аккумулятивного горизонта А1 дерновых лесных песчаных и супесчаных почв варьирует от 7,3 до 8,8 см. Для этих почв установлено, что уменьшение псевдофибровых прослоек ведет к уменьшению встречаемости второго темноокрашенного горизонта и усилению элювиально-глеевого процесса.
В геолого-геоморфологическом отношении территория заповедника представлена поймами рек и ручьев, уступами и плоскими поверхностями террас. Геоморфологическая структура территории отражена на рисунке и геоботаническом профиле, пересекающем его территорию с запада на восток.
Территория заповедника может быть подразделена на геоморфологические единицы двух уровней. Во-первых, выделяются надпойменные террасы (II, III, IV), связанные с деятельностью средней реки (река Воронеж) и участок ее поймы (он не вошел в геоботанический профиль, но показан на карте). Во-вторых, надпойменные террасы реки Воронеж, в свою очередь, прорезаны долинами малых рек - У смани и Ивницы, которые разделены местным водоразделом. Долина реки Ивница пересекает II надпойменную террасу реки Воронеж и включает пойму и одну относительно узкую террасу. Более широкая и лучше проработанная долина реки Усмань пересекает IV террасу реки Воронеж. В долине реки Усмань выделяется пойма и три надпойменные террасы.