喀斯特地貌是水流對可溶性岩石進行溶蝕、侵蝕、沉積和重力崩塌等多種地質作用共同影響的結果。具體來說，石灰岩是形成喀斯特地貌的關鍵岩石，其主要成分是碳酸鈣（CaCO3），在有水和二氧化碳存在時，碳酸鈣會發生化學反應，生成可溶於水的碳酸氫鈣。當水流攜帶二氧化碳溶解石灰岩時，會形成空洞，這些空洞隨著水流的長期溶蝕而逐漸擴大，形成溶洞、石林、天生橋等典型的喀斯特地貌。
此外，地表水沿著石灰岩內的節理面或裂隙溶蝕，形成溶溝，而地下水沿裂縫向下滲流和溶蝕則形成落水洞。地下洞穴的形成可能導致地表發生塌陷，形成坡立谷和陷塘。隨著地殼的上升，原來的溶洞和地下河被抬升至地表，形成乾谷和石林。
氣候、生物活動、土壤類型和其他自然條件也對喀斯特地貌的形成和演化有重要影響。