En un sinclinal los materiales más antiguos se sitúan en los flancos y los más modernos en el núcleo, de forma que partiendo de los flancos hacia el núcleo podemos reconstruir la sucesión crono-estratigráfica. El sinclinal del Guadarranque incluye la serie más completa y continua de materiales paleozoicos del geoparque, englobando los periodos Ordovícico y Silúrico, y donde han sido definidas varias unidades litoestratigraficas.
Siguiendo la carretera CC-202 que discurre entre la sierra del Hospital del Obispo (flanco Suroeste) y la sierra de Altamira (flanco Noreste) se localiza la mayor anchura del sinclinal, unos 9,5 km, y por añadidura, la series estratigráficas más completas.
Los flancos del sinclinal están formados por la Cuarcita Armoricana e incluyen las sierras más elevadas. En el interior, los otros dos relieves alargados importantes lo constituyen la Cuarcita de La Cierva (Cuarcitas del Caradoc) y las Cuarcitas de Las Majuelas intercaladas entre las diamictitas de la Formación Gualija (ambas unidades llevan su nombre de los cerros “Peña de la Cierva” y “Las Majuelas”, situados muy próximos a Navatrasierra).
En su núcleo, o parte central del sinclinal, se encuentran lutitas, areniscas y cuarcitas del Silúrico que son los materiales más modernos y al ser fácilmente erosionables ocupan las áreas más bajas por donde discurren los ríos Guadarranque y Gualija.
El sinclinal de Guadarranque es de una gran relevancia a nivel paleontológico. En él se registran los cambios evolutivos que acontecieron entre los periodos Ordovícico y Silúrico, desde la gran radiación de metazoos ordovícica hasta la gran extinción finiordovícica. Son destacables los yacimientos fósiles pistas fosilizadas (Cruziana, Daedalus y Skolithos) así como de fósiles corporales de trilobites, braquiópodos, moluscos y graptolites. El resto de los metazoos paleozoicos y fitoplancton también están ampliamente representados.
