Das Leithagebirge setzt sich in seinem Kern aus kristallinem Gneis- und Glimmerschiefergestein zusammen, welches durch Jahrmillionen mit Leithakalk überzogen wurde. Heute prägen die Urgesteinsverwitterungen mit sandigem Lehm, Schiefer und Muschelkalk die Weine mit einem unverwechselbaren mineralischem Ton. 

Der Leithaberg ist ein altes, kristallines Grundgebirge, das etwa zu jener Zeit entstand, als auch die Alpen durch gewaltige geologische Verschiebungen der Erdkruste aufgefaltet wurden. Viele Millionen Jahre hindurch lag die Formation jedoch am Grund eines Urmeeres, das die Geologen als „Parathetys“ bezeichnen. In dieser Zeit lagerten sich Kalke aus Muschelschalen und Schneckengehäusen ab, bis vor etwa 5 Millionen Jahren das Meer zurückging, das Gebiet verlandete und sich Sedimente von Sand, Mergel und Ton bildeten. Durch den Kreislauf der Vegetation bildete sich allmählich eine Schicht von immer wieder erneuertem Humus.

Als Ergebnis dieser Geschichte weist das Leithagebirge heute eine unverwechselbare Bodenstruktur auf: Gneis und Glimmerschiefer im Kern, darüber verfestigter tertiärer Muschelkalk, der wegen seiner örtlichen Besonderheit „Leithakalk“ genannt wird. Die oberste Schicht bilden Sedimentböden aus vorwiegend Mergel, doch kommt der kristalline Kern an vielen Stellen bis an die Oberfläche. Urgesteinsböden sind karg und leicht erwärmbar. Sie begünstigen einerseits das gründliche Ausreifen der Trauben und regen zum anderen die Rebpflanzen zum Ausbilden tiefer, starker Wurzeln an – Weinstöcke neigen dazu, auf kargen Böden weniger Menge und mehr Charakter zu produzieren. Außerdem finden sich winzige Spuren der Bodenmineralien im Wein wieder und verleihen ihnen jene würzige Qualität, die Weinverkoster meist als „mineralisch“ bezeichnen.

Die Böden nennt man je nach Muttergestein „Ranker“ bei Urgestein (Glimmerschiefer und Gneis) und „Redzina“ bei Kalk. Eine weitere Besonderheit ist das Vorkommen einer Bodenform, die sich vor der letzten Eiszeit, einer sehr warmen Periode in der Gegend um das Leithagebirge, gebildet hat – der „Braunlehm“, quasi ein fossiler Boden. Dieser Braunlehm zieht sich in einem schmalen Band entlang des Südhanges des Leithagebirges. Er ist sehr eisenhältig und rotbraun gefärbt.

Bemerkenswert ist auch der hohe Kaliumanteil der Böden, vor allem rund um Donnerskirchen und Purbach. Kalk im Boden sorgt für gute Entwässerung, fördert die Fülle und verleiht Weinen mitunter exotische Fruchtnoten. Meist brauchen solche Gewächse auch eine längere Reifezeit. Burgundersorten wie Chardonnay, Weißburgunder, Pinot Noir und St. Laurent können auf kalkhaltigen Böden eine ganz besondere Eleganz entwickeln.

Diese Zusammensetzung der Böden ist der größte Schatz, den der Leithaberg seinen Winzern bietet. Gemeinsam mit dem Kleinklima und den in Jahrhunderten entwickelten Kultivierungsmethoden sorgen sie für ein Terroir, das in dieser Besonderheit anderswo kaum zu finden ist.