Quá trình phong hoá xảy ra khi các vận động kiến tạo trong khu vực đã nâng dần dần khối macma lên và lộ ra trên mặt đất trong thời gian dài. Trong suốt thời gian lộ ra trên điều kiện bề mặt (ít nhất là 30 triệu năm), do những thay đổi lớn về nhiệt độ, khí hậu, cũng như các hoạt động của vi sinh vật, phần trên cùng của khối đá móng bị biến đổi do các quá trình phong hóa (cơ học, hoá học), các quá trình bóc mòn và xâm thực. Kết quả của những biến đổi đó đã hình thành nên một đới vỏ phong hoá có chiều dày không đồng nhất, tạo khả năng thấm chứa đa dạng cho đá móng.
Cường độ phong hoá của đá móng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bề mặt địa hình cổ, thành phần ban đầu, mức độ nứt nẻ và phá hủy của đá do tác động của các quá trình biến đổi trước đó.
Những biến đổi do phong hóa bao gồm hai quá trình : phong hóa cơ học và phong hoá hóa học. Quá trình phong hóa cơ học làm cho đá bị nứt nẻ, vỡ
vụn ở các mức độ khác nhau và dẫn đến sự tái phân bố lại của các khoáng vật bền vững trong đá móng nhưng không làm thay đổi thành phần hoá học.
Những quá trình biến đổi cơ lí này diễn ra rất mạnh mẽ dọc theo các đứt gãy, nứt nẻ liên quan và đới dăm kết cũng như ở tại bề mặt. Sản phẩm của quá trình phong hóa, chẳng hạn như các mảnh vỡ đá, được lắng đọng trong những hang hốc hay nứt nẻ đã có trước.
Phong hóa cơ học xảy ra dưới tác dụng của các yếu tố:nhiệt độ, nước, không khí, băng hà, lực kết tinh cũng như các hoạt động của thực vật. Bao gồm các quá trình biến đổi sau:
Biến đổi do nhiệt : sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, sự thay đổi nhiệt độ một cách đột ngột trong những ngày nắng nóng, trong những ngày mưa nắng bất chợt đã làm cho đá bị co giãn đột ngột. Thêm vào đó tính chất hấp thụ nhiệt không đồng đều của đá đã làm phát sinh những nứt nẻ trong bản thân khối đá móng. Mức độ biến đổi của đá móng do nhiệt phụ thuộc vào hệ số giản nở nhiệt của các khoáng vật tạo đá (ví dụ Fenpat có hệ số giản nở nhiệt lớn gấp 10 lần Thạch anh, hệ số giản nở theo chiều dài của tinh thể cũng gấp đôi theo chiều ngang), phụ thuộc vào màu sắc của đá, cũng như cấu trúc của đá (đá hạt thô có hệ số giản nở nhiệt cao hơn đá hạt nhỏ).
Như vậy, nhịp độ co rút và giản nở của đá càng lớn, đá bị phá hủy càng mạnh. Quá trình biến đổi đá móng cũng phải kể đến vai trò tham gia của nước. Hầu hết các đá đều có sự ngấm nước, trong nước vỉa thường chứa những dung dịch bảo hoà lưu chuyển qua các khe nứt của đá, gặp điều kiện thuận lợi chúng kết tinh tạo ra lực kết tinh cũng làm vỡ đá.
Quá trình hydrat hóa cùng các hoạt động của thực vật (với sự đâm xuyên của rễ cây vào các khe nứt khi đá tăng trưởng) cũng tạo ra áp lực làm đá bị nứt nẻ và phá hủy.
Tiếp theo đó là quá trình phong hóa hoá học xảy ra làm biến đổi sâu sắc thành phần cũng như đặc tính thạch vật lý của đá. Sự biến đổi của đá đầu tiên thường xảy ra đối với các thành phần kém bền vững như Fenpat và khoáng vật màu, chúng dần bị thay thế một phần hoặc toàn phần bởi các khoáng vật khác.
Phong hóa hóa học bao gồm các quá trình biến đổi sau:
+Quá trình oxi hoá : là một trong những quá trình biến đổi đầu tiên nhưng mạnh mẽ của các khoáng vật tạo đá do tiếp xúc với khí quyển và đây cũng là đặc trưng tiêu biểu nhất của phong hóa hóa học vì sự có mặt của oxi tựù do trong khớ quyển. Đỏ bị oxi hoỏ cú đặc trưng sau : đỏ chứa sắt màu nõu đỏ, đá chứa Mn màu đen, đá chứa Cu màu lục.
+Quá trình Cacbonat hóa : lượng CO2 sinh ra trong các hoạt động của sinh vật, hoạt động núi lửa rất dễ hoà tan trong nước tạo thành dung dịch HCO3 có hoạt tính cao, phân hủy các khoáng vật tạo đá.
+Quá trình hydrat hóa và thủy phân : là quá trình phá hủy dưới tác dụng của nước, trong đó quá trình thủy phân chiếm vai trò quan trọng gồm các quá trình : Xerixit hóa, Clorit hóa……Thêm vào đó hoạt động của thực vật có bộ rễ bám sâu vào lòng đất làm cho nước thấm vào các lớp đất đá tốt hơn, quá trình thủy phân phá hủy đá triệt để hơn.
Theo kết quả phân tích cơ lí cho thấy mật độ đá trung bình ở phần trên của móng phong hóa chỉ vào khoảng 2,482 g/cm3 phầndưới khoảng 2,51_2,67 g/cm3 và phần đá tươi ít biến đổi là 2,70_2,71 g/cm3.
Nhìn chung, các quá trình hoà tan và rữa trôi các khoáng vật không bền vững trong đới phong hóa, đặc biệt là ở khu vực có nhiều nứt nẻ, nơi có sự tiếp xúc giữa bề mặt khối đất đá và chất lưu là lớn nhất đã làm cho mật độ đá giảm đi rõ rệt, nhiều lổ rỗng thứ sinh dạng trong tinh thể hoặc hang hốc được tạo thành, cũng như mở rộng thêm các nứt nẻ hang động có trước và khả năng
thấm chứa của đá móng bị phong hóa tăng lên rõ rệt. Độ rỗng chung của đá có thể đạt tới 5_12%, đôi khi lớn hơn 15%.
Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng ở những khu vực đá móng bị phong hóa mạnh mẽ và triệt để thì tính chất chứa của đá trở nên kém hơn. Nguyên nhân là do đá phong hoá chứa một lượng đáng kể khoáng vật sét, mặt khác trong quá trình rữa trôi các khoáng vật sét lấp đầy một phần hoặc hoàn toàn vào các khe nứt và các hang hốc có trước (hiện diện nhiều nhất trong phần dưới của đá móng). Trong một số giếng khoan cho thấy tồn tại những tập đá phong hoá dày với đặc tính thấm chứa rất kém, hàm lượng sét trong những mẫu đá này tới hơn 50% .