露頭は島の代表的なものである。 地層の種類、構成物、堆積物、さらに堆積環境などが観察できるところで、地質学的に大変興味深いものといわれる。地層は、新生代、第三紀の下部鮮新世頃に形成された島尻層の一部で、上層部が大神砂岩、下層部がシルト質の大神泥岩からなっている。宮古本島の島尻層より古い地層である。

大神泥岩層からは、巻貝や二枚貝のほかに、炭化物、ゾウ、クジラなどの化石が採取される。 このことから大神島は宮古島の生い立ちなどの第三紀層の種々な自然的事象の調査、研究をしていく場としても貴重となっている。

また、島には他島に比較して、キノコ岩（ニガー・ヘッド）転石が多い。
３トンから５トンの小石から、大きいものでは７００トンから１、０００トンの巨岩が島内には７０個余、海岸には約１００個余もある。これらの特徴は、島が特異な地形、地質学的な意味を持つゆえんであると同時に長年にわたる自然環境の影響を受けた結果であると考えられている。

この巨岩などはもとは琉球石灰岩層を形成していたもので、陸地にあったものが断裂決壊したあと転石となって現在の位置にあると言われている。
そして何百年、何千年の歳月を経て、今日の奇岩キノコ岩となっていると思われる。