Die Paderborner Hochfläche besteht aus unterschiedlich alten Kalkschichten der Oberkreide, die durch Sedimentation eines Meeres, genauer gesagt der Ablagerung der Meeresbewohner mit ihren kalkhaltigen Schalen, vor 100 bis 85 Millionen Jahren am Ende des Mesozoikums (Erdmittelalter) entstanden sind.

Die Sedimentschichten der Oberkreide haben eine Gemeinsamkeit: Hohe Kalkanteile machen sie wasserlöslich. Steter Wassertropfen höhlt den Stein nicht nur, er löst ihn sogar auf. So hat das Wasser in den letzten 65 Millionen Jahren charakteristische Formen auf und unter der Paderborner Hochfläche hinterlassen.

Die unterschiedlichen Geländeformen sind ein Ergebnis der Widerstandsfähigkeit der Kalksteine gegen die Verwitterung.

Das Ellerbachtal ist als asymmetrisches Kastental ausgebildet. Die nach Süden exponierten Hänge nördlich des Ellerbachs sind steiler und flachgründiger als die flach ausstreichenden Hänge Richtung Dörenhagen.

Da das Wasser des Ellerbachs im Abschnitt des Naturschutzgebiets auf die härteren Schichten des Coniacs trifft, ist der Talboden enger und die Hänge sind steiler als oberhalb von Dahl, wo der Ellerbach durch die Sedimentschichten des älteren Turon fließt.

Dass der Ellerbach überhaupt längere Zeit Wasser führt, ist seinem Ursprung und längerem Verlauf im regenreichen Eggevorland zu verdanken. Viele echte Trockentäler, die ihren Ursprung in der Oberkreide haben, führen nur nach Starkregen-Ereignissen Wasser und sind deutlich v-förmig ohne breite Talsohle ausgebildet.

Das zeitweise trockene Tal des Ellerbachs ist eine von mehreren typischen Erscheinungsformen des Karsts auf der Paderborner Hochfläche. Weitere Merkmale der Karstlandschaft der Paderborner Hochfläche sind Dolinen, Schwalglöcher und Höhlen. Alle Erscheinungsformen gehen auf die Wasserlöslichkeit des Kalks zurück.