科马提岩 泰山岩群是华北最古老的地层之一，泰山岩群中的科马提岩是迄今中国唯一公认的具有鬣刺结构的太古宙超基性喷出岩。
在岩石学研究的早期，曾认为超基性岩是一种无喷出相的岩石，科马提岩的发现对证实超基性岩的岩浆成因具有重要意义。20世纪80年代以来，经程裕淇等研究证实，泰山岩群中发育有典型的科马提岩，具有极高的科学价值。由于科马提岩的形成具有异常的高热梯度，国外一种流行的观点认为科马提岩的成因与地幔柱的存在有关，而太古宙地幔柱的研究对太古宙的地球动力学机制具有重大的科学意义，对于解释泰山地区前寒武纪演化历史和特点将有重要意义。
多期次的侵入岩 泰山地区大规模地出露岩性和地球化学特征都不同的花岗质岩石，为探索太古宙巨量花岗岩的形成提供了客观实体，构成了一座研究地质发展的天然实验室。
太古宙～古元古代的侵入岩是泰山分布最广的地质体，占泰山主体面积的95％以上。根据岩石类型、分布特点和同位素年龄资料，可划分出六期侵入岩和15个主要岩体。侵入岩的岩性以中酸性为主，岩石类型以英云闪长岩类、二长花岗岩类和闪长岩类为主。它们都不同程度地遭受后期构造变形作用的改造。侵入岩的形成演化机制复杂，岩浆成因类型有幔源型、壳源型、幔壳源混合型三种，岩浆活动明显地具有多旋回性和多期次性的演化特征。中元古代辉绿玢岩中发育的国内外罕见的“桶状构造”，具有很高的科学研究价值和观赏价值。各期侵入岩体的形成演化特征，以及由此构建的泰山太古宙～古元古代地壳形成演化基本框架，在我国具有典型的代表性，对研究太古宙～古元古代地壳形成演化有着普遍的指导意义。
因此，泰山是我国研究太古宙～古元古代地质的经典地区，是研究我国古老陆台形成演化的窗口，成为探索地球早期历史奥秘的实验室，成为代表太古宙～古元古代地球演化历史阶段的代表性模式。
寒武纪地层剖面 泰山北侧张夏寒武纪标准地层剖面，是古生代寒武纪（距今500-600Ma）浅海环境沉积形成的碳酸盐岩和碎屑岩组成的地层，下伏地层为古元代早期的肉红色片麻状二长花岗岩。早在19世纪末，美、日等国地质学家曾在张夏至崮山一带进行过地质考察，测量了剖面，采集过化石，并对地层作了初步划分。我国的地质学家孙云铸教授，自1923年起对张夏寒武系进行了长达20多年的研究。1953年卢衍豪、董南庭对该剖面作了进一步的划分，将寒武系划分出7个地层单位和17个三叶虫化石带。
在1959年的全国地层会议上，这里被正式确定为华北寒武系标准剖面。该剖面研究历史长，研究程度高，地层发育齐全，出露好，代表性强，含丰富的三叶虫化石，是不少生物化石的原产地和命名地，是我国区域地层对比和国际寒武纪地层对比的主要依据，在世界地质学史上占有重要的地位。
新构造运动及其形成的奇特地貌景观 泰山的新构造运动非常普遍和强烈，以垂直升降运动为主，阶段性和间歇性十分明显，对泰山的山势和地形起伏以及各种侵蚀地貌景观起着直接的控制作用。在新构造运动的影响下，泰山的侵蚀切割作用十分强烈，地势差异显著，地形起伏大，地貌分界明显，地貌类型繁多，侵蚀地貌特别发育。泰山的总体地势呈北高南低、西高东低的特点，泰山主峰呈南陡北缓的态势。新构造运动造就了泰山拔地通天的雄伟山姿，形成了不同类型的侵蚀地貌以及许多深沟峡谷、悬崖峭壁和奇峰异景，塑造了众多奇特的微地貌景观，如三级夷平面、三折谷坡、三级阶地、三级溶洞、三迭瀑布等等。此外，泰山不断间歇性抬升，形成了诸如壶天阁谷中谷、后石坞石海和石河、岱顶的仙人桥和拱北石等许多奇特怪异的地貌景观，为雄伟的泰山增添了不少奇观异境，构成了泰山雄、奇、险、秀、幽、奥、旷兼有的综合景观。因此，泰山是研究新构造运动及其形成地形地貌的理想地区，成为研究各种地质作用的最佳实验基地。
泰山的形成演变模式 泰山作为地壳发展历史的产物，它的形成经历了漫长而复杂的演变过程，可大致分为古泰山形成（距今25亿年前），海陆演变（距今6-2亿年）和今日泰山形成（距今1-0.3亿年）等三个大阶段。在长期地质历史演变过程中，泰山经受了泰山运动，加里东运动，海西运动，燕山运动和喜马拉雅山运动等五次地壳运动的强烈改造，经历了太古代、元古代、古生代、中生代和新生代等五个主要历史阶段的演变，可谓几度沉浮，几经沧桑。中生代的燕山运动奠定了山体的基础，新生代的喜马拉雅山运动形成了山体的基本轮廓，新构造运动又进一步塑造了泰山今天的自然景观面貌。通过建立这一完整的过程，可以加深对华北地壳演化历史和新构造运动的认识。泰山的形成演变模式，对研究类似古老山系的形成有重要的指导意义。
不整合面上重力滑动构造 在泰山北侧张夏一带发现的古生界和前寒武纪结晶基底不整合面上发育的重力滑动构造，特征明显而典型。滑动构造的滑动面就是不整合面，呈上盘新下盘老的配置关系，沿滑动面分布有滑裂岩、碎屑岩墙、以及各种小∞皱，其中箱状褶皱和隔挡式褶皱特别发育，上下盘的构造变形显著不协调，滑动方向由南向北，滑动时间为古近纪初期。该滑动构造的发现为后来建立鲁西滑动构造体系奠定了基础，为鲁西构造研究开辟了一个新的领域，增添了鲁西地质构造的新内容。