Das Thüringer Becken ist eine muldenartige Struktur mit einer Fläche von etwa 2.700 km². Es bildet eine annähernd konzentrisch aufgebaute Schichtstufenlandschaft aus den Gesteinen der Germanischen Trias (Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper). Am Rand treten die älteren Gesteine zutage, im Zentrum die jüngeren.

Das Thüringer Becken wird durch nordwest-südost streichende Störungszonen durchzogen. Im Drei-Gleichen-Gebiet quert die sogenannte Eichenberg-Gotha-Saalfelder Störungszone, die hier als Grabenzone („Wachsenburg-Graben“) ausgebildet ist. Eine morphologische Besonderheit dieser Grabenstruktur ist die Umkehr des Landschaftsreliefs. Das heißt der innere, relativ zur Umgebung eingesunkene Teil des Grabens bildet in der heutigen Landschaft die höchsten Erhebungen (Wachsenburg, 420 m ü. NN). Die Ursache für diese Reliefumkehr ist der sehr verwitterungsbeständige Rätsandstein (Oberer Keuper). Er schützt die Bergkuppen der drei Burgberge und die Hochfläche des Seeberges nordwestlich des Burgen-Ensembles.

Die verwitterungsbeständigen Sandsteinkuppen der Berge führen noch zu einer weiteren Besonderheit. Sie haben die sehr verwitterungsanfälligen tonigen Sedimente unter den Sandsteinbänken vor der Abtragung bewahrt. Diese tonig-mergelige Gesteinsfolge („Steinmergelkeuper“) bildet hier, vor allem an der Südseite der Burgberge, große, weitgehend vegetationsfreie Hänge – die sogenannten Badlands. Es sind die bedeutendsten Geländeformen dieses Typs in Deutschland und stehen sowohl unter Geotop- als auch unter Naturschutz.

Das Thüringer Becken ist eine klassische Region der Trias-Stratigraphie insbesondere des Keupers (Obere Trias). Die 135 m mächtige, hervorragend aufgeschlossene Abfolge des „Steinmergelkeupers“ ist in der neuen Formationsgliederung des Keupers (DSK 2005) als „Arnstadt-Formation“ definiert worden. Das Typusprofil dieser im gesamten mitteleuropäischen Keuperbecken verbreiteten Schichtenfolge sind die Badlands unterhalb der Wachsenburg und der Burg Gleichen.

Die circa 215 Millionen Jahre alte Arnstadt-Formation enthält die Fundschichten einiger der ältesten Saurier Europas. Eine 2018 begonnene Forschungsgrabung soll in den nächsten Jahren fortgeführt werden.