Hace de 7-6 mll.a. la erosión continental desmanteló la cubierta de margas y margocalizas impermeables cretácicas,  exponiendo a la acción de las aguas superficiales los sedimentos de calizas jurásicas, que tienen 400-600 m. de potencia. El proceso de karstificación de estas calizas ha formado desde entonces un relieve caracterizado por el modelado en hueco de las rocas, por efecto de la disolución por aguas que contienen dióxido de carbono.

- El nivel superior, sobre el cual se localiza la entrada actual de la cueva, presenta un perfil longitudinal ligeramente ascendente (de 0 a +40 m), hasta la parte superior de un amplio pozo de 72 m de profundidad: la Gran Sima.

- El nivel inferior, que se dispone globalmente por debajo del piso superior, oscila entre -15 y -20 m. Este piso corresponde aproximadamente, desde el punto de vista altitudinal, a la base de la Gran Sima, desplazado una cincuentena de metros al N del término aguas arriba del nivel superior de galerías.

El conjunto de la cavidad se caracteriza por amplias galerías de tipo "conductos forzados" (3 a 10 m de anchura), elípticas, debido al hecho de su disposición en función del buzamiento de las calizas jurásicas (20 a 50º). La relación entre los dos pisos se efectúa por un sistema anastomosado de galerías en "conducto forzado" de menor dimensión (2 a 4 m). Las únicas excepciones son las redes de la Cueva de las Grajas y de la base de la Gran Sima, que presentan una morfología caótica, debido a fenómenos de descompresión-hundimiento.

Otra característica de la Cueva de la Pileta es su importante concrecionamiento. Se distinguen tres generaciones de concreciones:

- Potentes columnas y coladas estalagmíticas blancuzcas, seniles, que han sido posteriormente erosionadas por escorrentías particularmente eficaces, como demuestran, por una parte, el aspecto "en champiñón" de las columnas y, por otra parte, las olas de erosión que esculpen esta generación de concrecionamiento.

- Un sistema de gours-coladas parduscos, estratificados, que han recubierto el suelo de las galerías de la Pileta. Este sistema es, heredero de una antigua fase de filtraciones incrustantes. Esta generación no ha sido erosionada posteriormente por filtraciones.

- La tercera generación de concrecionamiento corresponde, por una parte, a delgados encostramientos estalagmíticos parcialmente funcionales (en períodos lluviosos) y, por otra parte, a estalactitas alineadas sobre las juntas de estratificación.

Después de esta rápida descripción de la Cueva de la Pileta, destacaremos que esta cavidad seca está completamente desconectada, a la vez, del contexto morfo-topográfico actual y de la organización de las circulaciones kársticas de la vertiente oriental de la Sierra de Líbar, una de cuyas surgencias (emergencia de Jimera de Líbar) se sitúa más de 350 m por debajo de la Pileta. 

(1). Nota fuera de texto: En 1992 se descubrió en la Gran Sima un piso intermedio de unos 250 m de longitud, la Galería Bullón.