Im Becken ist ein markanter Wechsel von einer Graufazies mit Kohle in eine siltig-konglomeratische Rotfazies im Gesamtbeckenbereich feststellbar. Die ältesten Schichten bestehen aus epiklastischen und pyroklastischen Gesteinen, die die Entwicklung einer vulkanischen Depression widerspiegeln. Sie setzen sich aus Ignimbriten, vulkanischen Schlammströmen und Lapilli-Aschen-Tuffen zusammen. Die Kohle tritt sowohl flößbildend in den distalen Bereichen der Schwemmfächer als auch fein verteilt, in Schmitzen, in den Grobsedimenten (Mursedimente) auf. Lakustrine fossilarme Kalke markieren den Ubergang in ein playaartiges Ablagerungsmilieu, wo Sulfat und Karbonat als Porenzement auftreten. Diese bimodalen Rotsedimente des Playastadiums werden von einer monotonen, äolische Sedimente enthaltenden Sandabfolge diskordant überlagert, welche in die Kupferschieferlagune des Zechsteinmeeres überleitet. Die fazielle Änderung im Rotliegenden wird von einer lithologischen Änderung im Liefergebiet begleitet. Während in den Liegendschichten vulkanischer Eintrag und Detritus aus einem anchimetamorphen Liefergebiet überwiegen, nehmen nach oben Gesteinsbruchstücke und Schwerminerale, die kennzeichnend für kristallines Grundgebirge sind, zu. Das Ablagerungsmilieu des Stockheimer Beckens zeigt eine Dreigliederung Caldera/vulkanisches Senkungsgebiet Playa Krusten-Lagunenbereich.

Wirtschaftsgeologisch relevant sind die untersten Schichten des Rotliegenden. Sie enthalten Kohle, Uran und Buntmetalle. Die mittleren Schichten führen Ton und Gips. Zu einer erneuten Buntmetallanreicherung mit vorwiegend Kupfer kam es an der Basis des Zechsteins.