Преди 20 – 30 милиона години на мястото на Родопите се е простирало обширно вътрешно езеро. Все още може да се забележат утаечни останки от това толкова далечно минало. Планинските ридове в Западните Родопи се състоят от гранитен плутон. Ерозията през несметния брой години е напукала гранита и е заоблила отделните ридове.

През неогена и кватернера планината се е устремила нагоре и още оттогава е придобила очертанията на релефа, с който я познаваме днес. Склоновете й са стръмни и имат стъпаловиден облик.

През кватернера окончателно са се оформили и съвременните речни долини.  Ждрелата, всечени в скалите, привличат с грандиозния си вид окото на туриста. Най-известните от тях са Триградското и Буйновското, каньоните в горното течение на река Въча и др. Многобройни са карстовите  форми и пещери в района. В мраморите на западния склон на Перелишкия масив подпочвените води са изваяли красивата пещера Ледницата, в непосредствена близост до с. Широка лъка. В мраморните скали на Чернатишкия дял на Западните Родопи природата е сътворила уникална карстова форма – Чудните мостове.

Вълшебна е гледката на релефа на риолитовите скали в тази част на Родопите. Многобройните купеновидни върхове по течението на река Девинска са се образували при напукването на риолита.

В масива на Перелишкия риолитен блок е вкопана дълбоката река Черна. Пак от напукването на риолита във вид на равномерни призми са се образцували интересните скални феномени на град Смолян, като Голямата стена, Малката стена, Невястата и др.

В районите с палеогенски езерни наслаги се създават условия за свлачищни процеси на вулканичните риолитни скали, което обуславя зараждането на прочутите Смолянски езера, намиращи се в непосредствена близост до град Смолян.