Geologia Chránená krajinná oblasť Ponitrie składa się z dwóch odmiennych pod względem orograficznym i krajobrazowym części. Północną tworzy pasmo górskie Ptacznik będące częścią (). Są to trzeciorzędowe góry pochodzenia wulkanicznego zbudowane głównie z ryolitów i andezytów. W krajobrazie Ptacznika wyróżniają się kaniony, skalne ściany (np. Veľká skala), neki oraz zawalone wieże skalne. Szczyt Ptacznik () stanowi specjalny obszar ochrony siedlisk i należy do sieci obszarów Natura 2000 (SKUEV0273), a także jest objęty ochroną jako rezerwat przyrody Vtáčnik ().
thumb|left|Skały na szczycie góry Buchlov (2015) Pasmo Trybecz jest częścią jednostki fizycznogeograficznej zwanej wchodzącej w skład Wewnętrznych Karpat Zachodnich. W części centralnej budują je skały krystaliczne (granity i łupki krystaliczne), a obwodowo – skały osadowe (wapienie, dolomity i kwarcyty). Kwarcyty tworzą na terenie CHKO Ponitrie niewielkie wzgórza przecinające obszar z zachodu na wschód. Część z nich wchodzi w skład obszaru Natura 2000 o nazwie (SKUEV2133) oraz trzech rezerwatów przyrody: , i . Pasmo Trybecz stanowi również ostoję ptaków IBA organizacji BirdLife International.