Die Teufelsmauer ist eine auf einer Länge von insgesamt 30 km aus der Landschaft herausragende Felsformation. Die Teufelsmauer bildet aber nur in bestimmten Abschnitten die für sie charakteristischen Felsformationen. Sie besteht aus Sandsteinen der Oberkreide, die im Vorland des sich heraushebenden Harzes im Subhercynen Kreidebecken bei flachmarinen Bedingungen abgelagert wurden. Begrenzte Bereiche wurden durch Kieselsäure stark verfestigt und bilden die markanten Felsformationen. Durch die Heraushebung und Überschiebung des Harzes auf das Vorland wurden die Sandsteine nach ihrer Ablagerung steil gestellt und durch die Erosion der weicheren Schichten herauspräpariert.

Durch die tektonische Beanspruchung der Sedimente entstanden die für die Verfestigung der Sandsteine verantwortlichen Deformationsbänder.

Die Teufelsmauer verläuft im nordöstlichen Harzvorland von Ballenstedt über Rieder und Weddersleben bis nach Blankenburg.

Die Teufelsmauer besteht aus Quarzsandstein (Quarzarenit) der Oberkreide (Santon). Die Sandsteine enthalten mehr als 90 % Quarz und haben eine weiße bis hell- und dunkelbraune Farbe. Die Klassierung ist daher als gut einzustufen. Die Körner sind angerundet bis gerundet. Lagen mit gröberen Korngrößen, die bis zu Grobsand reichen, kennzeichnen die Schichtung. Das Korngrößenspektrum reicht meist von Feinsand bis Mittelsand, seltener bis Grobsand; die Sortierung ist daher gut. Die Quarzsandsteine haben eine hohe Porosität und sind im Bereich der Teufelsmauer gut verfestigt bzw. kompaktiert. Die Verfestigung bzw. Kompaktion ist dabei auf Störungen zurückzuführen, die wenige Millimeter bis zu einigen Dezimetern dick sind. In diesen Bereichen haben die verfestigten Sandsteine eine feinkörnigere Textur und sind stärker verwitterungsresistent als das sie umgebende Gestein. Dickere Störungen von ca. 5 cm zeigen eine kryptokristalline, massive Quarztextur (Stackebrandt & Franzke 1985; Stackebrandt 1986; Franzke 1990; Patzelt 2003; Klimczak & Schultz 2013). Solche Sandsteine werden in der deutschen Literatur häufig als Quarzite bezeichnet. Dadurch bilden sie die typischen in der Landschaft prägnanten Felsformationen der Teufelsmauer.

Die Verfestigung ist nicht im gesamten Kreidebecken ausgebildet. Nur wenige hundert Meter von der Teufelsmauer entfernt stehen nicht verfestigte Sandsteine in flacher Lagerung an (z. B. Sandgrube Warnstedt).