1. Геологія

Територія Національного природного парку «Великий Луг» розташована в межах північно-східної частини Причорноморської западини, яка характеризується поступовим пониженням поверхні кристалічного фундаменту у південно-західному напрямі. Докембрійські породи в даному регіоні лежать на глибині 160 метрів. Відповідно до падіння поверхні кристалічного фундаменту відбувається поступове падіння осадових відкладів.
   До заповнення Каховського водосховища в кручах лівого схилу долини Дніпра виступали суцільні оголення відкладів сарматського ярусу – черепашкові, мергелисті, оолітові та інколи перекристалізовані вапняки. В окремих місцях у вапняковій товщі були виявлені прошарки конгломератів і гальки. Поверхня сарматських вапняків здіймалась над урізом Дніпра на 10-15 метрів. Зараз товща сарматських відкладів залягає нижче рівня Каховського водосховища.
   Понтичний ярус має повсюдне поширення, виключенням є лише басейн Білозірської балки, де понтичні відклади розмиті. Найбільш типовою фацією відкладів понтичного ярусу є вапняки.
   На відкладах неогену, в основі лесової товщі, залягають червоно-бурі глини, потужність яких 15-25 метрів. Вони мають повсюдне поширення за виключенням балок, де вони розмиті. Червоно-бурі глини на деяких ділянках території парку виходять на денну поверхню (поблизу сіл Маячка, Скельки).
Антропогенний покрив території представлений лесами, алювіальними та алювільно-делювіальними утвореннями. Загальна потужність лесів 20-25 метрів. Товща лесових порід розділяється похованими грунтами на 3-4 горизонти (причорноморський лес), який складає основу сучасного грунтоутворення, має потужність 2-4 метри, складений сірувато-жовтими середніми і важкими суглинками. Другий горизонт (бугський лес) потужністю 3-6 метрів представлений палево-жовтими і бурувато-жовтими важкими суглинками і пилуватими глинами. Третій ярус має потужність 8-12 метрів, представлений коричнювато-бурими важкими суглинками й щільними глинами. В лесовій товщі спостерігається значна кількість кристалів гіпсу і залізисто-марганцевих включень.
   На суміжних з парком територіях відмічено деяке поширення мінеральних ресурсів: залізних руд (Білозерське родовище в 32 км від міста Дніпрорудне, в Білозірському урочищі), марганцевих руд та гіпсу, але в межах парку важливих промислових покладів не відмічено.
   Серед екзогенних геологічних процесів в межах парку поширені зсуви, площинна ерозія, карст (є карстові печери) і переформування берегів Каховського водосховища за рахунок абразивної діяльності.

2. Геоморфологія

В геоморфологічному відношенні територія НПП «Великий Луг» є низинною пологохвилястою лесовою рівниною, розвиток рельєфу якої почався після відступу Понтичного моря. За геоморфологічним районуванням вона потрапляє в межі Причорноморської низовини Східноєвропейської полігенної рівнини. Цей регіон характеризується поширенням яружно-балочних місцевостей. Вздовж долини Дніпра спостерігаються урвища лівобережного корінного схилу долини, берегові яри, балки і слабохвилясті міжбалкові вододіли.
Ділянка, на якій розташовано парк, є найбільш еродованою в Горностаєвсько-Білозірському фізико-географічному районі. Найбільшою балкою є Білозірська ( в межах парку верхня її частина), загальна її довжина 75 км. На території парку також є ще одна велика балка – Маячанська. Її довжина 14,4 км. Глибина уріза балок біля витоків 1-2 метри, біля гирла Маячанська балка має глибину урізу 60-65 метрів.
   Схили балок території парку мають довжину від 500 до 1, 5-2 км. Яружна ерозія на схилах розвинута слабо, спостерігається інтенсивний площинний змив грунтів, причому площинна ерозія на лівих берегах балок охоплює більші площі. Характерною особливістю формування рельєфу типологічних природних комплексів басейнів Білозірської та Маячанської балок є те, що антропогенний покрив залягає на розмитій поверхні вапняково-мергелистих відкладів верхнього сармату і понтичні відклади також розмиті.
   Середні абсолютні висоти території парку коливаються від 16 до 110 метрів. Над урізом водосховища вододільна рівнина піднімається на 80-85 метрів. В прибережній смузі спостерігається абразивна діяльність Каховського водосховища, яка призводить до руйнації корінного берегу та утворенню стрімких урвищ, також в результаті абразивної діяльності відбувається переформування берегів водосховища.

3. Гідрографія

   Національний природний парк «Великий Луг» розташований на березі Каховського водосховища, а деякі ділянки парку взагалі оточені водою (острови Великі і Малі Кучугури). До території парку входить 14790 га водних просторів водосховища та інших водойм (Калинівське водоймище на ріці Білозірка, Перебудовський ставок в Тополиній балці, Маячанський ставок та ставок у Кам’яній балці, інші дрібні потоки, струмки, джерела), що становить 86,3% від усієї площі території парку. Вся територія парку розташована в межах Дніпровського водного басейну.
   Серед площ Каховського водосховища, що входять до парку 7340 га приподають на мілководдя.
До характерних особливостей гідрологічного режиму території парку слід віднести повну відсутність постійних водотоків. Стік мають лише крупні балки (Білозірська, Маячанська), і лише навесні та на початку літа.
   До Білозірської балки приурочена пересихаюча річка Білозірка. Довжина її в межах парку становить близько 10 км, але близько 80% цієї відстані припадає на штучно створені водойми. Відносно великий тимчасовий водотік приурочений до Маячанської балки. В пониззях балок спостерігаються невеликі озера і болітця (Маячанська балка та балки, що впадають в Білозірську).
   Середній шар стоку водопілля у даному регіоні становить 10-20 мм.Територія парку розташована в області першочергового зрошення і потрапляє у Північно-Рогачинський зрошувальний масив. Поряд з територією парку розміщена зрошувальна система, яка представлена каналом, що починається за два кілометри на захід від міста Дніпрорудне, але не потрапляє в межі парку. Вода в канал подається із Каховського водосховища.

4. Ґрунти

   Зональним типом ґрунтів досліджуваної території є чорноземи звичайні малогумусні на лесових породах. Їх утворення в Нижньому Придніпров’ї пов’язане з поширенням і переважанням у минулому різнотравно-типчаково-ковилової рослинності у межах північностепової підзони в умовах недостатнього зволоження і непромивного режиму ґрунту. Звичайні чорноземи розміщуються на вододільних просторах. У днищах балок поширені лучно-чорноземні ґрунти.
Основними грунтоутворюючими породами є лесовидні суглинки важко-суглинкового і глинистого механічного складу.
   Генетичний профіль чорноземів характеризується яскраво вираженою верхньою товщею з накопиченням гумусу, біогенних зольних елементів, глибше якої знаходиться карбонатно-ілювіальна чи карбонатно-гіпсово-ілювіальна товща, яка поступово переходить у породу.
   Ґрунти вододілів змиті та перевідкладені, схилів балки – дуже змиті. Вміст гумусу у ґрунті незначний. Донизу балки (уздовж схилу) змиті ґрунти поступово переходять у слабо змиті і в днищі збагачені гумусом, знесеним з верхніх частин схилів. Для території характерна неоднорідність ґрунтового покриву. Ґрунти північно-західної частини території НПП мають виходи вапняку (Сарматський ярус). За механічним складом ґрунти переважно суглинисті, по днищах балок – глинисті, подекуди – супіщані.
   Острівний комплекс має алювіальне походження. Гумусний шар незначний. Основа – шар  вапнякових порід.
   Значним чинником ерозійних процесів є берегова абразія через неврегульований гідрологічний режим Коховського водосховища, відмітка рівня води в якому ввесь вегетаційний період утримується на позначках від 16 метрів над рівнем моря до 17 метрів.