Η οροσειρά του Τροόδους αποτελείται από έναν οφιόλιθο ενός αρχαίου ωκεάνιου φλοιού, η ανύψωση του οποίου στη σημερινή του θέση οφείλεται μεταξύ άλλων στην σύγκρουση της Αφρικανικής λιθοσφαιρικής πλάκας με την Ευρασιατική και την καταβύθιση της πρώτης κάτω από τη δεύτερη. Ο όρος οφιόλιθος προέρχεται από τις λέξεις όφις και λίθος και δόθηκε, αρχές του 19ου αιώνα, στο πέτρωμα σερπεντινίτης λόγω της προσομοίωσης της όψης του με εκείνης ενός πράσινου φιδιού. Αργότερα, ειδικότερα στη δεκαετία του 1960, με την αποδοχή της θεωρίας των λιθοσφαιρικών πλακών, ο όρος αυτός χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει μια ομάδα βασικών και υπερβασικών πυριγενών πετρωμάτων και χημικών ιζημάτων. Αυτά περιγράφονται πιο κάτω ξεκινώντας από τα στρωματογραφικά ανώτερα προς τα στρωματογραφικά κατώτερα:
(α) Ραδιολαριτικοί κερατόλιθοι και πηλίτες με ενδιάμεσες, ασυνεχείς εμφανίσεις φαιοχωμάτων,
(β) Ηφαιστειακά πετρώματα και κυρίως ροές προσκεφαλοειδών λαβών,
(γ) Φλεβικά πετρώματα βασαλτικής κυρίως σύστασης,
(δ) Πλουτώνια πετρώματα,
(ε) Πετρώματα της Ακολουθίας του Μανδύα.
Το Τρόοδος σχηματίστηκε πριν 92 περίπου εκατομμύρια χρόνια (Ανώτερο Κρητιδικό), κατά μήκος ενός άξονα διεύρυνσης στα όρια καταβύθισης της Αφρικανικής πλάκας κάτω από την πλάκα της Ευρασίας. Στον οφιόλιθο του Τροόδους βρίσκονται όλα τα πετρώματα ενός οφιολιθικού συμπλέγματος. Τα πετρώματα αυτά δεν έχουν διαταραχθεί από την αρχική σχετική τους θέση ούτε έχουν υποστεί οποιαδήποτε αλλαγή εκτός από την θαλάσσια εξαλλοίωση. Ο οφιόλιθος του Τροόδους (μαζί με αυτόν του Ομάν) είναι στρωματογραφικά πλήρης και από τους καλύτερα διατηρημένους στη γη. Το γεγονός αυτό προκάλεσε την προσοχή και το ενδιαφέρον των γεωεπιστημόνων τα τελευταία τριάντα χρόνια. Οι δύο αυτοί οφιόλιθοι είναι τμήματα μιας σειράς οφιολίθων που βρίσκονται κατά μήκος των βορείων ορίων της Αραβικής πλάκας σηματοδοτώντας έτσι την εξαφάνιση ενός αρχαίου ωκεανού, της Τηθύος, που προϋπήρχε στην περιοχή αυτή. Η Μεσόγειος είναι ένα τμήμα που έχει απομείνει από τον αρχαίο αυτό ωκεανό.
Ο οφιόλιθος του Τροόδους εμφανίζεται σε μια περιοχή πού εχει το σχήμα της ελλειψης όπου ο μεγάλος άξονάς του έχει διεύθυνση ΒΔ - ΝΑ. Έχει σχήμα θόλου με ψηλότερο σημείο τον Όλυμπο. Παρ’ όλο που τα υπερβασικά πλουτώνια πετρώματα είναι στρωματογραφικά τα κατώτερα, τοπογραφικά εμφανίζονται στο ψηλότερο σημείο της οροσειράς, ακολουθούνται δε προοδευτικά προς την περιφέρεια από τα στρωματογραφικά υπερκείμενα πετρώματα σχηματίζοντας έτσι μια δακτυλιοειδή εμφάνιση. Η εμφάνιση αυτή είναι αποτέλεσμα της έντονης και διαφορικής διάβρωσης που ακολούθησε την ανύψωση του Τροόδους πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας με επίκεντρο τον Όλυμπο. Μια πρόδηλα εμφανής κοιλάδα, η κοιλάδα του Αρακαπά με διεύθυνση Ανατολή - Δύση, στο νότιο τμήμα της οροσειράς θεωρείται ότι αποτελεί τμήμα ενός απολιθωμένου ρήγματος μετασχηματισμού.
Ο σχηματισμός Πέρα Πεδί αποτελείται από φαιοχώματα (ούμπρες), ραδιολαρίτες και ραδιολαριτικούς πηλίτες, που είναι τα πρώτα ιζήματα που έχουν αποτεθεί πάνω στα οφιολιθικά πετρώματα και ειδικότερα πάνω από τις προσκεφαλοειδείς λάβες και γεμίζουν κοιλώματα στην επιφάνειά τους. Τα φαιοχώματα, είναι σκούρα καστανόχρωμα χημικά ιζήματα πάχους μερικών μέτρων περιορισμένης οριζόντιας έκτασης. Στην τυπική εμφάνισή τους κοντά στο χωριό Πέρα Πεδί έχουν πάχος 20 μέτρα. Εμφανίσεις μεγαλύτερου πάχους υπάρχουν σε άλλες περιοχές της Κύπρου, όπως στην περιοχή της Δράπιας όπου το πάχος τους φτάνει τα 35 μέτρα. Τα φαιοχώματα είναι λεπτόκοκκα άμορφα ιζήματα σε στρώσεις ή συμπαγείς μορφές και κάποτε περιέχουν ηφαιστειοκλαστικό υλικό και στρώματα ραδιολαριτών. Τα φαιοχώματα σχηματίζονται στον θαλάσσιο πυθμένα πάνω από τις μεσοωκεάνιες ράχες όπου υπάρχει μια σημαντική υδροθερμική δραστηριότητα, αποτέλεσμα της οποίας είναι η έκχυση θερμών διαλυμάτων πλούσιων σε σίδηρο και μαγγάνιο. Τα διαλύματα αυτά κυκλοφορούν στα ανώτερα στρώματα του φλοιού της γης και εκβάλλουν στο θαλάσσιο πυθμένα σε θερμοκρασίες μέχρι 350°C.
Τα ηφαιστειακά πετρώματα του Τροόδους αποτελούνται από προσκεφαλοειδείς λάβες και ροές λαβών. Με βάση το χρώμα, την ορυκτολογική σύσταση και τον βαθμό συμμετοχής φλεβών τα ηφαιστειακά πετρώματα χωρίζονται στον Ανώτερο και τον Κατώτερο Ορίζοντα Προσκεφαλοειδών Λαβών. Ο ανώτερος ορίζοντας αποτελείται από προσκεφαλοειδείς λάβες σε ποσοστό 80 - 90% και φλέβες σε ποσοστό 10 - 20%. Η σύστασή τους είναι κυρίως βασαλτική με ποικιλίες ολιβινικών βασαλτών. Συνήθως παρουσιάζουν επιφανειακό κόκκινο χρωματισμό που οφείλεται σε οξείδια του σιδήρου. Ο κατώτερος ορίζοντας αποτελείται κυρίως από βασάλτες και ανδεσίτες, η δε αναλογία προσκεφαλοειδών λαβών προς τις φλέβες είναι περίπου 1:1. Στον ορίζοντα αυτό βρίσκονται τα κυριότερα κοιτάσματα θειούχων μεταλλευμάτων. Το μέγιστο συνολικό πάχος των δύο οριζόντων υπολογίζεται σε 1,5 χιλιόμετρο. Το όριο μεταξύ των δύο οριζόντων δεν είναι πάντοτε σαφές. Περισσότερο λεπτομερείς έρευνες δείχνουν ότι τα ηφαιστειακά πετρώματα μπορούν να διακριθούν επίσης σε ορίζοντες με βάση τη γεωχημεία τους. Οι προσκεφαλοειδείς λάβες έχουν χαρακτηριστικό σφαιρικό έως ελλειψοειδές σχήμα με διάμετρο 30 έως 70 εκατοστόμετρα και είναι αποτέλεσμα υποθαλάσσιας έκχυσης. Η περιφέρειά τους είναι υαλώδης λόγω ταχείας ψύξης και το εσωτερικό τους είναι κυψελώδες λόγω των κενών που δημιούργησε η διαφυγή των αερίων που υπήρχαν στη διάπυρη λάβα. Οι φλέβες μπορεί να είναι κατακόρυφες, κεκλιμένες ή οριζόντιες, ο δε αριθμός τους αυξάνει προς τα κατώτερα τμήματα των ηφαιστειακών πετρωμάτων. Αυτές αντιπροσωπεύουν τα κανάλια τροφοδοσίας των υπερκειμένων λαβών.
Το σύστημα πολλαπλών φλεβών (διαβάσης) σχηματίστηκε με την στερεοποίηση του μάγματος στα κανάλια διείσδυσης και μεταφοράς από τους μαγματικούς θαλάμους στη βάση του ωκεάνιου φλοιού, τροφοδοτώντας ταυτόχρονα τις υποθαλάσσιες εκχύσεις λαβών στον ωκεάνιο πυθμένα. Ως εκ τούτου, πρόκειται για μια επάλληλη σειρά φλεβών που αντιπροσωπεύει το γέμισμα του κενού χώρου, ο οποίος δημιουργείται με την απομάκρυνση των τεκτονικών πλακών στα αποκλίνοντα όρια. Η συνεχής τροφοδοσία μάγματος στο δημιουργούμενο χώρο και μεταξύ των φλεβών που σχηματίστηκαν έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία του σχηματισμού αυτού, που αποτελείται μέχρι και 100% από φλέβες. Το σύστημα πολλαπλών φλεβών εμφανίζεται σ΄ ολόκληρη σχεδόν την έκταση της οροσειράς, σχηματίζοντας ένα ελλειπτικό δακτύλιο που περιβάλλει τα πλουτώνια πετρώματα του Ολύμπου και περιβάλλεται από τα έκχυτα ηφαιστειακά πετρώματα. Τα πετρώματα του συστήματος πολλαπλών φλεβών είναι λεπτοκρυσταλλικά έως μεσοκρυσταλλικά. Η σύσταση των φλεβών είναι βασαλτική έως δολεριτική, η διεύθυνσή τους είναι βορειοδυτική - νοτιοανατολική και η διάταξή τους είναι σχεδόν κατακόρυφη, εκτός από τις περιοχές που έχουν επηρεαστεί μεταγενέστερα από τεκτονισμό. Μεταξύ του σχηματισμού αυτού και των προσκεφαλοειδών λαβών υπάρχει μεταβατική ζώνη γνωστή ως ορίζοντας βάσης, ο οποίος έχει πάχος από μερικές δεκάδες μέτρα μέχρι 2,3 χιλιόμετρα και αποτελείται από φλέβες με ποσοστό 95 - 100% και προσκεφαλοειδείς λάβες μέχρι 5%.
Τα πλουτώνια πετρώματα είναι τα προϊόντα της κρυσταλλοποίησης και της συγκέντρωσης των κρυστάλλων των ορυκτών στο πυθμένα των μαγματικών θαλάμων, κάτω από τις ζώνες διεύρυνσης των λιθοσφαιρικών πλακών. Τα κύρια πλουτώνια πετρώματα του Τροόδους είναι ο δουνίτης, ο βερλίτης, ο πυροξενίτης και ο γάββρος, ενώ ο πλαγιογρανίτης απαντάται σε μικρές, ασυνεχείς εμφανίσεις. Μέσα στο μανδύα της γης δρουν θερμικά ρεύματα μεταφοράς μάζας και θερμότητας, τα οποία δημιουργούνται λόγω πλευρικών διαφορών της θερμοκρασίας. Οι διαφορές της θερμοκρασίας δημιουργούν ασταθείς καταστάσεις βαρύτητας και κατακόρυφη μεταφορά θερμού και ψυχρού υλικού. Στις περιοχές της ασθενόσφαιρας, όπου τα θερμικά ρεύματα ανέρχονται, μέρος του μανδύα της γης τήκεται σε βάθος περίπου 60 χιλιομέτρων και συνεχίζει να ανέρχεται σχηματίζοντας μαγματικούς θαλάμους σε βάθος 4 - 6 χιλιομέτρων κάτω από τον ωκεάνιο πυθμένα. Αυτοί οι μαγματικοί θάλαμοι αποτελούν στην πλειοψηφία τους ένα δυναμικό ανοικτό σύστημα στο οποίο εισέρχεται μάγμα από την τήξη του μανδύα και εξέρχεται μέσω καναλιών - τροφοδοτών δημιουργώντας ηφαιστειακές εκχύσεις λαβών στο θαλάσσιο πυθμένα.
Το μάγμα μέσα στους θαλάμους ψύχεται λόγω διαρροής θερμότητας στα περιβάλλοντα πετρώματα καθώς και εισροής του υπερκείμενου θαλάσσιου νερού. Το αποτέλεσμα της πτώσης της θερμοκρασίας στους μαγματικούς θαλάμους είναι η έναρξη της κρυσταλλοποίησης. Τα πρώτα ορυκτά που κρυσταλλώνονται είναι ο ολιβίνης (MgFe)2SiO4 και ο χρωμίτης FeCr2O4, τα οποία και καθιζάνουν στον πυθμένα του μαγματικού θαλάμου σχηματίζοντας τα πετρώματα δουνίτη και συγκεντρώσεις χρωμίου. Σε στρωματογραφικά ψηλότερα επίπεδα του θαλάμου, με την βαθμιαία πτώση της θερμοκρασίας, αρχίζει η κρυστάλλωση του ορυκτού κλινοπυρόξενος CaMgSi2O6, το οποίο, μαζί με τα προηγούμενα δύο ορυκτά δίδει το πέτρωμα βερλίτης. Στη συνέχεια κρυσταλλώνεται και το ορυκτό πλαγιόκλαστο (Ca,Na)(Al,Si)AlSi2O8 για να σχηματιστούν οι διάφοροι τύποι γάββρου. Το μάγμα που παραμένει είναι εμπλουτισμένο πλέον σε οξείδιο του πυριτίου (SiO2) και με την κρυστάλλωσή του σχηματίζει το πέτρωμα πλαγιογρανίτης. Το τελευταίο συναντάται σε μικρές μάζες και συχνά διασχίζεται από διαβασικές φλέβες. Η πιο πάνω διεργασία της κλασματικής κρυστάλλωσης και διαφοροποίησης διακόπτεται επανειλημμένα από την εισροή νέου μάγματος στο μαγματικό θάλαμο, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ρυθμικά επαναλαμβανομένων τύπων πετρωμάτων που αποτελούν στρωσιγενείς σειρές.
Η σειρά των πλουτώνιων πετρωμάτων εμφανίζεται σε δύο ξεχωριστές περιοχές του οφιολιθικού συμπλέγματος του Τροόδους, η πρώτη γύρω από την κεντρική κορυφή του Ολύμπου και η δεύτερη στο δάσος της Λεμεσού. Το πέτρωμα δουνίτης έχει μεγάλη ανάπτυξη γύρω από την κορυφή του Ολύμπου με προέκταση προς την περιοχή Αγίου Νικολάου Κακοπετριάς, όπου υπάρχουν και τα μεγαλύτερα κοιτάσματα χρωμιτών. Ο δουνίτης αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από το ορυκτό ολιβίνη. Μπορεί όμως να περιέχει και σε μικρό ποσοστό χρωμίτη και κλινοπυρόξενο. Το πάχος στην περιοχή αυτή κυμαίνεται μεταξύ 150 και 200 μέτρα. Το δουνίτη διαδέχεται προς τα πάνω ο βερλίτης, με μια ενδιάμεση ζώνη κλινοπυροξενικού δουνίτη. Ορυκτολογικά, ο βερλίτης αποτελείται από ολιβίνη (40 - 90%) και κλινοπυρόξενο (10 - 60%) καθώς και μικρό ποσοστό χρωμίτη ( 0 - 2%). Σε μερικές περιπτώσεις συμμετέχει και πλαγιόκλαστο με ποσοστό μέχρι 10%. Ο βερλίτης μεταπίπτει προς τα άνω σε πυροξενίτη και στη συνέχεια σε γάββρους. Οι γάββροι περιλαμβάνουν τους μελαγάββρους, ολιβινικούς γάββρους και πυροξενικούς γάββρους ανάλογα με την ορυκτολογική τους σύσταση. Πάνω από τους γάββρους και υπό μορφή μικρών ασυνεχών εμφανίσεων βρίσκεται ο πλαγιογρανίτης και μετά ακολουθεί το Σύστημα Πολλαπλών Φλεβών.
Η ακολουθία του μανδύα ονομάζεται έτσι γιατί τα πετρώματα που την αποτελούν θεωρούνται το δύστηκτο υλικό που παρέμεινε μετά την μερική τήξη του ανώτερου μανδύα και το σχηματισμό μάγματος βασαλτικής σύστασης, από το οποίο προήλθαν τα υπόλοιπα οφιολιθικά πετρώματα. Αποτελείται περίπου κατά 90% από χαρτζβουργίτη, 10% δουνίτη, καθώς και χρωμίτη μέχρι 2%. Ποσοστό 50 - 80% των αρχικών ορυκτών έχουν συνήθως εξαλλοιωθεί σε σερπεντίνη. Στο Δάσος της Λεμεσού η εξαλλοίωση είναι πολύ πιο εκτεταμένη και τα πετρώματα έχουν μετατραπεί σε σερπεντινίτη. Ο όρος σερπεντίνης περιλαμβάνει ομάδα ορυκτών, τα οποία σχηματίζονται από την επίδραση του νερού σε υπερβασικά πετρώματα, όπως χαρτζβουργίτη, δουνίτη και βερλίτη σε θερμοκρασίες χαμηλότερες των 500° C. Τα κύρια ορυκτά της ομάδας του σερπεντίνη είναι ο λιγαρδίτης, ο χρυσοτίλης και ο αντιγορίτης, η δε χημική τους σύσταση είναι Mg3[Si2O5](OH)4. Ο χρυσοτίλης είναι ινώδης, απαντάται σε φλέβες και φλεβίδια και είναι γνωστός ως αμίαντος.
Πολύ καλές εμφανίσεις χαρτζβουργίτη με σώματα δουνίτη παρουσιάζονται στην κορυφή του Ολύμπου. Στην ευρύτερη περιοχή νοτιότερα της περιοχής του μεταλλείου του Αμιάντου τα πετρώματα χαρτζβουργίτη έχουν εξαλλοιωθεί πλήρως σε σερπεντινίτη και είναι αδύνατη η ορυκτολογική μελέτη των πρωτογενών ορυκτών και της αρχικής δομής του πετρώματος. Ο χαρτζβουργίτης παρουσιάζει μια φυλλώδη υφή, που οφείλεται στην παράλληλη διάταξη των κρυστάλλων του ορθοπυρόξενου και του χρωμίτη. Δυνατό να παρουσιάζει επίσης ταινιοειδή όψη που οφείλεται στην παρουσία εναλλασσόμενων στρώσεων πλούσιων και πτωχών στο ορυκτό ορθοπυρόξενος. Οι ταινίες αυτές πάχους μέχρι 10 εκατοστόμετρα και μήκους μερικών μέτρων, έχουν ασαφή όρια. Είναι αποτέλεσμα παραμόρφωσης και επανακρυστάλλωσης του ανερχόμενου δύστηκτου κατάλοιπου του μανδύα μετά την αφαίρεση του βαλσαλτικού μάγματος σε θερμοκρασία μεταξύ 1000 - 1200 °C. Τέτοιες συνθήκες επικρατούν κάτω από τα αποκλίνοντα όρια των πλακών.
Σώματα δουνίτη απαντούνται σποραδικά μέσα στο χαρζβουργίτη και έχουν διάφορα μεγέθη και σχήματα. Η πλειονότητα των μεγαλύτερων σωμάτων έχουν σχήμα επίμηκες με τη μεγαλύτερη διάσταση παράλληλη στην φύλλωση του χαρτζβουργίτη. Σε μερικά από αυτά τα δουνιτικά σώματα υπάρχουν οικονομικά εκμεταλλεύσιμες συγκεντρώσεις χρωμίτη. Συχνά, μικρά στρώματα χρωμίτη είναι πτυχωμένα και αποτελούν τη μόνη μαρτυρία διατάραξης του δουνίτη. Από πετρογραφικές εξετάσεις συμπεραίνεται ότι τα δουνιτικά σώματα έχουν παραμορφωθεί και επανακρυσταλλωθεί μαζί με το χαρτζβουργίτη, παρ’ όλο που αρχικά είχαν σχηματιστεί από την κρυστάλλωση του μάγματος.