根據國內學者的研究，紅層碎屑的顆粒組成差異很大，有洪積泥礫、短促河床礫石層、河床相砂礫、較長途搬運的具有砂波結構的河床砂、河流三角洲前緣相的砂質層和以泥質為主的湖盆相粉砂質或淤泥質沉積等。四川盆地西北部的古山前拗陷中的紅層巨礫可達數十厘米，而許多紅層盆地中部多由泥質巖構成。碎屑的礫石組成一般與其外圍山地的物源一致，巖屑、礫屑是其外圍物源地巖石碎屑的混合。其砂質主要是石英，含部分長石;膠結物以泥、砂為主，化學膠結物主要為硅質、鈣質和鐵質。湖南岌山的碳酸鈣含量隨外圍接觸地層的不同而有很大差別，在接觸碳酸鹽巖源地的地方，碳酸鈣含量可達25%以上。

關于其形成，早為國內外地質工作者們所重視，但是眾說紛紜，頗不一致。因為在古代沙漠沉積中是很多的，但是現代沙漠中卻非常少。但紅層的形成需要如下幾個條件：

1.適宜的古地貌條件。紅層為碎屑巖沉積，需要有接受沉積的古沉積盆地和沉積物源，沉積盆地多為內陸盆地，也有少量的海濱及海相沉積，物源則指周圍山地提供豐富的巖石風化物。

2.適宜的古氣候條件。紅層形成于干燥炎熱的古氣候環境條件下，一方面巖石風化作用強烈，可以提供豐富的物源，另一方面巖石氧化作用強烈，可以形成紅層的紅色外觀。有一點是肯定的，紅色往往與巖層中的某些化學成分有關。

紅層是地質學家們注意得最早的巖層之一，它廣泛地分布于世界各地，從前寒武紀到現代的各個地質時期，幾乎都有紅層的堆積，只是某些地質時期顯得非常豐富，如泥盆紀。除少數的紅層是個例外，大部分紅層均由非海相的陸源碎屑沉積物構成。

紅層可出露于不同的巖層序列當中，可以和蒸發巖形成互層，也可以出露在煤系地層中，蒸發巖和煤系地層，顯然是不同氣候帶的沉積產物，因此紅層的成因不可能是由于某種單一的氣候原因，過去對紅層成因的爭論，問題就出在成因是多樣的。在紅層中一般很難找到化石，但是脊椎動物的化石則多產自紅層，這一方面證實了紅層多是陸相沉積，可能同時也表明：紅層大多數是在氧化比較激烈的條件下形成的。

也許受了某些文獻的偏見所影響，加之紅層和鹽類礦物常常是區域性的共生，使之在通常在地質工作人員的心目中，不自覺地總是把紅層視為干燥氣候條件下的產物。事實上在干旱沙漠地帶，最突出的顏色是暗褐色和淡黃色，而不是紅色。對世界各地的紅壤研究后也表明：紅色的土壤產于溫暖潮濕的氣候條件之下。研究已經確認，巖屑來源區的氣候情況決定著沉積物最初是否呈紅顏色，而沉積盆地的自然條件又決定了是否能保存住紅的顏色，看來僅僅是紅顏色的本身，不能作為炎熱干燥氣候的標志。

地質年齡相對較輕，經歷的地殼變動相對較少，褶皺不劇烈，產狀平緩，其巖性主要是礫巖、砂巖、粉砂巖、粘土質粉砂巖、粘土巖或泥質頁巖等，有時會夾雜有灰巖結核，巖相變化大，并含透鏡狀或薄層狀多孔疏松砂巖，都不同程度地發育有層間剪切帶，還常見有諸如石膏等易溶巖類，與老地層相比，成巖作用差，有的呈半膠結狀，強度較低，總體上屬軟巖類，是一個很復雜的彈性模量相差甚大的軟硬相間的不等厚的底層組合巖體。

我國出露的紅層主要分布在西南、華南、東南和西北地區，其他地區只有零星分布。西南的四川盆地和西北的陜甘寧盆地以及云南高原中部、南部等地，都有完整成片的紅層分布。在江南地區，紅層多分布在一些山間中、小盆地中，如湖南的衡陽盆地、江西的贛州盆地等。西北的準葛爾盆地、吐魯番-哈密盆地、塔里木盆地、柴達木盆地以及秦嶺南部山間盆地等地區都有典型的紅層 。紅層的分布還可以包括被后期地層掩蓋的下伏地層，如江漢盆地。陜甘寧盆地等被第四紀的沉積物所覆蓋。

紅層這個名稱在中國最早由李四光提出，紅層主要指侏羅紀、白堊紀及少量三疊紀及早古近紀形成的，已經成巖的，主色調為紅色的泥巖、粉砂巖、砂巖等巖性的一套陸相及淺水湖相沉積物，但紅層并非只是中生代及以后的產物，在北美一俄羅斯古陸以及我國的山西及塔里木盆地等部在古生代就有陸相“老紅層”沉積。

Krynine (1950)認為紅層主要是紅層土或更老的紅層經過剝蝕再沉積之后形成的。這種假設是在柴郡以南二疊系地層中少見的紅色沉積物基礎上提出的。Van Houten (1961) 的想法認為沉積巖在原位（早期成巖作用）收到氫氧化物的脫水作用而被染成紅棕色或淺褐色。這些鐵氫氧化物通常為針鐵礦(FeO-OH)和所謂的“非晶態氫氧化鐵”或褐鐵礦。事實上,這種材料可能是礦物水鐵礦(Fe₂O₃H₂O)。

這種脫水或“老化”的過程已與沖積平原和沙漠環境中與成土作用密切相關。Berner (1969)表明,針鐵礦(氫氧化鐵)通常相對于赤鐵礦是不穩定的且在缺少水或在高溫環境下容易發生脫水反應。

2FeOOH (goethite)→ Fe₂O₃(hematite) H₂O2100433B

紅土礫石層（red~earth gravel bed ） 在各種紅土巖相中，常見的洪積，坡積與沖積等，多半含有礫石層，風化以后均保留在紅土里，所以古紅土又常被稱做紅土礫石層，尤其在華南地區，有時把它作為一個地層來稱呼。