Geologie
Grundlegend lässt sich die Landschaft geologisch in den Nordwestlichen Thüringer Wald, den Mittleren Thüringer Wald, Teile des Thüringer Schiefergebirges und die umgebenden Gebirgsvorländer unterteilen. Aufgrund der reichhaltigen und vielfältigen geologischen Gegebenheiten hat der Naturpark Thüringer Wald Anteil an zwei Nationalen Geoparks.
Nordwestlicher Thüringer Wald
Der Untergrund des Nordwestlichen Thüringer Waldes bei Eisenach besteht fast ausschließlich aus Konglomeraten und Siltsteinen. Das Gelände steigt allmählich von West nach Südwest an. Die höchsten Erhebungen befinden sich an der südöstlichen Naturraumgrenze am Rennsteig. Ausgehend vom geologischen Aufbau entwickelte sich eine Schichtstufenlandschaft. Vor allem im nördlichen Teil sind imposante Felsbildungen und Steilhänge zu finden, z. B. an der Teufelskanzel und südlich und östlich der Wartburg. Durch die Erosion entstanden im Laufe der Zeit tiefe Täler und Schluchten, wie z.B. die Drachenschlucht bei Eisenach. Südwestlich von Eisenach wird das Gebirge von zahlreichen Hohlwegen zerfurcht, die als Zeugnis des mittelalterlichen Handelsweges Leipzig – Erfurt – Frankfurt am Main gelten.
Mittlerer Thüringer Wald
Der Mittlere Thüringer Wald besteht vorwiegend aus Vulkaniten (z.B. Quarzporphyr) und Sedimenten (z.B. Sandsteine und Konglomerate) des Oberkarbons und Rotliegenden. Die höchsten Erhebungen, Felsen und Felswände des Thüringer Waldes werden von Porphyr- und Quarzitsteinformationen gebildet, so z. B. der Falkenstein bei Tambach-Dietharz. Der Thüringer Wald ist ein Kammrückengebirge, das seine Hochlage kreidezeitlichen Krustenbewegungen verdankt. Senkrecht zum Kammrücken zweigen Querkämme ab zwischen denen sich tief eingeschnittene Täler nach den Vorländern öffnen. Die Höhenunterschiede besonders im mittleren Thüringer Wald sind beträchtlich. Beispielsweise wird das Tal des Schneetiegels vom weniger als zwei Kilometer entfernten Schneekopf um 600 Meter überragt. Diese Gegensätze machen den landschaftlichen Reiz des Gebirges aus. Der Große Beerberg (982 m ü. NN) und der Schneekopf (978 m ü. NN) sind die höchsten Erhebungen im Thüringer Wald. In zahlreichen Tälern werden die Hänge von Felskanzeln, aber auch von freistehenden Felsstöcken begleitet.
Hohes Thüringer Schiefergebirge
An der Linie Gehren - Schönbrunn enden die Gesteine des Thüringer Waldes und es beginnt der Schwarzburger Sattel und damit das Hohe Thüringer Schiefergebirge. Der Schwarzburger Sattel besteht überwiegend aus metamorph veränderten Meeresablagerungen. Diese sind Reste des alten variszischen Grundgebirges und zeigen sich mehrheitlich als Quarzite, Grauwacken und Tonschiefer. Durch Krustenbewegungen wurde der südliche Teil mehr als der nördliche Teil herausgehoben. Die durchschnittliche Höhe der Hochflächenreste liegt zwischen 600 und 800 m ü. NN. Dazwischen liegen Täler mit zahlreichen Verästelungen, die sich tief und steil eingegraben haben. Beispiele hierfür sind der Neumannsgrund, der Theuerner Grund und die Talsysteme der Steinach und Schwarza.
Teile der Gebirgsvorländer
Tektonische Linien trennen das Thüringer Gebirge von den Buntsandstein-Hügelländern und Muschelkalk-Platten. Zwischen diesen Vorländern und den „alten“ Gesteinen des Thüringer Gebirges finden sich geringfügige Ablagerungen des Zechsteins.
Im Bereich des Naturparks Thüringer Wald liegen zwei Geoparke: im Westen der Geopark Inselsberg - Drei Gleichen und im Süden der Geopark Schieferland. In Bezug auf den Geopark Schieferland arbeitet der Naturpark Thüringer Wald mit den Naturparken Frankenwald und Thüringer Schiefergebirge/ Obere Saale eng zusammen.