小門嶼為玄武岩方山島嶼，面積約0.5平方公里，主要地層結構有廣泛分布於澎湖群島的澎湖層與小門嶼層。小門嶼的澎湖層主要由兩層矽質玄武岩構成，下層生成年代約為距今一千四百萬年前以上，上層則是在距今約一千萬年前所噴發，兩層間則夾有下層玄武岩熔岩流冷卻後岩石風化的結果，這些風化後的土壤為較晚噴發的上層熔岩流所覆蓋，有機物質受高溫作用造成漂木炭化成泥炭，此外古土壤層中亦有了化石貝類及和生痕化石。我們常在澎湖可看到澎湖層巍峨筆直的柱狀節理，及或斜或彎或扭曲的多樣化玄武岩外露樣貌。每當駐足觀賞，總可欣賞造物者巧奪天工之視覺饗宴，這種鬼斧神工之妙同樣可在小門嶼所見。
小門嶼層約在距今一百六十萬年至一萬年前形成，分布在島嶼的西北岸。是由上層的殼灰岩和下層的鐵質石英砂岩或疏鬆的砂泥岩所構成的岩層。小門嶼層的殼灰岩由海洋生物介殼及微小有孔蟲遺骸及石英粒膠結而成，在歷經百萬年的風化作用，外形上呈現多孔蜂巢狀。在島嶼西側、聚落南側的海灣，則可見一小片月字型的沙灘，是由石英砂、泥、珊瑚屑碎、礫石、貝類及有孔蟲遺骸混合而成的現代堆積層。
