Le Jura franc-comtois est presque exclusivement calcaire. Il n'est donc pas étonnant que les phénomènes karstiques conditionnent son hydrographie : enfouissement des eaux, grottes et gouffres, sources vauclusiennes...

Mais les formes de surface - dolines et lapiaz - sont souvent masquées par la couche humique et la végétation. En effet, le Jura n'est pas une montagne aussi sèche que les Causses par exemple. Il présente un aspect très verdoyant : prairies, forêts, rivières et lacs.

Ce caractère s'explique par l'affleurement fréquent des niveaux marneux, ainsi que par la présence de dépôts morainiques abandonnés par les glaciers quaternaires. Par ailleurs, le climat y est humide : plus de 1300 mm de pluie ou de neige par an.

Les phénomènes karstiques sont omniprésents et font du Jura franc-comtois un terrain de prédilection pour les spéléologues. Les cavités très nombreuses (plus de 5000 recensées) s'ouvrent pour la plupart dans les deux grands bancs calcaires du Jurassique moyen et du Jurassique supérieur, dont les assises marneuses constituent les niveaux de base locaux.

Le Jurassique moyen (Bajocien-Bathonien) a une puissance pouvant atteindre 200 m. Il surmonte les marnes du Lias, et forme essentiellement la bordure occidentale du Jura, notamment dans la zone des "reculées".

Le Jurassique supérieur (du Rauracien au Portlandien) totalise 300 à 400 m d'épaisseur, avec des intercalations marneuses. Cette séquence calcaire repose sur les marnes argovo-oxfordiennes, épaisses de 100 à 200 m. L'ensemble est surtout représenté dans les plateaux orientaux et la haute chaîne.

Par ailleurs, le Crétacé est peu épais dans le Jura. On le rencontre presque uniquement dans la haute chaîne, surtout au sud, où il se présente sous forme de marno-calcaires conservés dans les creux synclinaux.

Les circulations karstiques - et les cavités souterraines - s'établissent donc au sein des ensembles calcaires, et c'est à leur base que se répartissent les principales émergences: Loue, Doubs, Ain (Jurassique supérieur) ; Seille, Cuisance (Jurassique moyen), etc.