La Région Midi-Pyrénées s’étend sur 3 unités structurales majeures :

• Le Massif Central, représenté par sa bordure sud-ouest, est composé de séries protérozoïques et paléozoïques traversées par des granites intrusifs. Les roches sont affectées par des déformations et un métamorphisme acquis lors des orogenèses du cycle hercynien (285 à 245 millions d’années). Les failles subméridiennes sont héritées de cet épisode de déformation, en particulier la faille de Villefranche-de-Rouergue, prolongeant le « sillon houiller » et limitant les plateaux du Ségala (jurassique) à l’ouest, des séries gneissiques et des granites (granodiorite de Villefranche) à l’est. L’orogenèse pyrénéenne (40 millions d’années) générant une compression Nord-Sud est responsable de la formation des accidents tectoniques orientés est-ouest. Se distinguent notamment les failles bordières du détroit de Rodez, la faille inverse de Lacaune, et la faille de Mazamet faisant chevaucher les unités de la Montage Noire sur les dépôts tertiaires continentaux du sillon de Mazamet.

• Les Pyrénées sont elles-mêmes subdivisées en 4 « zones structurales » sur le territoire de la région Midi-Pyrénées, séparées par des accidents tectoniques majeurs orientés est-ouest (du sud au nord) :
  • la haute chaîne primaire (ou zone axiale), qui occupe une position orographique centrale et porte les plus hauts sommets. Elle est essentiellement composée de roches sédimentaires, éruptives ou métamorphiques anciennes, affectées par les orogenèses du cycle hercynien. Ces formations constituent le socle ancien, recouvert en discordance par des sédiments plus récents méso-cénozoïques. Cette zone est séparée de la suivante par la faille nord pyrénéenne.
  • la zone nord pyrénéenne dans laquelle la couverture sédimentaire méso-cénozoïque, fortement plissée et faillée recouvre en discordance le socle présent sous forme de massifs dits « nord-pyrénéens ». Cette zone chevauche la suivante le long du chevauchement frontal nord pyrénéen.
  • la zone sous-pyrénéenne, essentiellement composée à l’affleurement de terrains du Crétacé supérieur et du Paléogène, structurés en plis anticlinaux et synclinaux (Petites Pyrénées par exemple). Cette zone est limitée au nord par le front nord pyrénéen, dernier chevauchement aveugle (demeuré profond) de l’édifice montagneux.
  • l’avant-pays aquitain rempli par une importante épaisseur (jusqu’à 1400 m dans les Hautes-Pyrénées) dépôts molassiques, d’origine continentale, issus de l’érosion massive des Pyrénées. Cette zone correspond en fait à la bordure méridionale de la troisième unité structurale de la région, le Bassin Aquitain.

• Le Bassin Aquitain, constitué en profondeur d’un plancher paléozoïque et d’une couverture mésozoïque plissés et faillés, est recouvert par les molasses cénozoïques peu déformées. La couverture émerge au niveau de la bordure septentrionale du bassin, moins déformée que la bordure sud, où les dépôts mésozoïques des Causses du Quercy reposent sur les séries du Massif Central.