Eldst er det gamle grunnfjellet som utgjør store deler av kommunearealet mot vest. Bergartene man finner her er over 1 milliard år gamle, og kalles derfor for prekambriske bergarter. Mest utbredt er granitt, gneis og amfibolitt.

Østover, og nærmere Skien by, trår vi inn i et område med bergarter yngre enn 542 millioner år. Bergartene her ble dannet på en tid da Norge lå sør for ekvator. Men ikke nok med det, vi lå også under vann. Berggrunnen her er avsatt på havbunnen, og er det man kaller avsetningsbergarter (sedimentære bergarter), med varierende innhold av organisk materiale. Man finner ulike skifervarianter, kalksteiner og sandsteiner i dette området.

Beveger vi oss videre østover, og øst for Gjerpensdalen, trer vi på ny inn i et område med en helt annen geologisk historie. For ca. 300 millioner år siden utspant det seg et inferno av vulkanske utbrudd i dette området. Fra sør i Skagerak og nordover begynte Norge å sprekke opp, og en rekke med vulkaner ble dannet ettersom flytende magma fra dypet trengte seg opp i dagen. Hendelsen er kjent som "Oslo-riften", og spor etter denne finner man altså i Skien kommune. Bergarter som ble dannet var blant annet syenitt, basalt, larvikitt og rombeporfyr.

Som beskrevet over er berggrunnen i Skien kommune sammensatt av bergarter dannet på vidt ulike måter, og fra ulike tider. Men innenfor alle disse områdene finner man løsmasser avsatt under siste istid. Disse består både av sand, grus og leier avsetninger som er svært viktige for kommunen. Et eksempel på dette er sand og grusforekomsten på Geiteryggen, som er verdt milliarder. Men enda viktigere er den marine leiren som er blitt avsatt i dalførene sentralt i kommunen, som sammen med berggrunnen legger til rette for et godt jordsmonn for matproduksjon.