Geologická konstituce je v souladu s orografickou fyziognomií. Na třetihorní plošině, na východě rovinaté, na západě pozvolna stoupající, jsou na jejím úpatí vidět vršky svrchní křídy. Nejprve přicházejí dolní křídové pahorky, vyvýšené žulovými a dioritickými horninami, nepochybně třetihorního původu, neboť v některých případech se tyto horniny lámaly přes třetihorní ložiska, tak bohatá na zbytky savců; pak následují na západě metamorfní břidlice nejistého stáří; pak se objevují křemence, spočívající přímo na primitivní žule a rule, které tvoří osu Kordillery. Porfyritické horniny se vyskytují mezi břidlicemi a křemenci. Třetihorní ložiska jsou velmi různorodého charakteru a existují značné rozdíly v názorech na posloupnost a korelaci ložisek. Wilckensi je rozděluje do následujících řad (ve vzestupném pořadí):
Ložiska v horní křídě a třetihorách odhalila velmi zajímavou faunu obratlovců. To spolu s objevem dokonalé lebky chelonijce rodu Myolania, o němž se dá říci, že je téměř totožný s Myolania oweni z pleistocénu v Queenslandu, tvoří zřejmý důkaz spojení mezi australským a jihoamerickým kontinentem. Patagonská Myolania patří do horní křídy, neboť byla nalezena spojená s pozůstatky dinosaura. Jedním takovým dinosaurem, který se v Patagonii vyskytuje, je Argentinosaurus, který může být největší ze všech dinosaurů. Dalšími exempláři zajímavé fauny Patagonie, patřící do střední třetihorá, jsou gigantičtí ptáci bez křídel, kteří svou velikostí převyšují všechny dosud známé, a jedinečný savec Pyrotherium, rovněž velmi velkých rozměrů. V třetihorách mořského útvaru bylo objeveno značné množství kytovců. V nalezištích mnohem pozdějšího data, vzniklých v době, kdy se fyziognomie země podstatně nelišila od fyziognomie dnešní doby, byly objeveny pozůstatky pampových savců, jako jsou Glyptodon a Macrauchenia, a v jeskyni poblíž Última Esperanza Sound gigantický pozemní lenochod (Grypoiherium listai), zvíře, které žilo v době soudobé s člověkem a jehož dobře zachovalá kůže svědčila o tom, že jeho vyhubení bylo nepochybně velmi čerstvé. S pozůstatky Grypotheria byly nalezeny pozůstatky koně (Onoshippidium), které jsou známy pouze z dolního pampového bahna, a Arciotherium, které se vyskytuje, i když ne hojně, i v nejmodernějších pleistocénních nalezištích pamp v Buenos Aires. Nebylo by divu, kdyby toto druhé zvíře ještě existovalo, neboť stopy, které mu mohou být přičítány, byly pozorovány na hranicích řek Tamangoand Pista, blahobytných oblastí Las Hefas, které protékají východními úpatími Kordillery v 47°S.