В Тверской и Смоленской областях по берегам Западной Двины встречаются обнажения слоев каменноугольной системы, горные известняки, налегающие на пески и песчаники. В восточной части берега  Западной Двины состоят из наносов. Далее она имеет характер луговой, Попадаются валуны красного известняка. Ещё ниже берега повышаются и принимают лесной характер. Далее местность делается все более и более песчаной и, наконец, не доходя до Витебска, показываются коренные породы в особенности в русле реки, с великолепно сохранившимися окаменелостями.