纳帕溪谷的产区之所以独具一格，是因为在如此狭小的地理区域内却有着多样化的土壤。这些来源于火山，海洋或是冲积层的土壤，无一不是超过6千万年历史的地质运动的产物。纳帕谷的形成不仅仅是由于水域的冲积和圣巴勃罗湾的洪水泛滥，还受到板块运动和火山活动的影响。值得一提的是，圣巴勃罗湾的洪水曾一度泛滥至现在的扬特维尔市镇。岩石堆积的小山和淤积物阻隔了纳帕谷的扩张，这也是过去每一次地质学变化的最好证明。
该地区的地貌地形是形成土壤多样性的有力基础，迄今为止已经鉴定出了30多种不同的土壤类型。从排水性良好的砾石土壤,到高度保湿的粉质粘土都包含其中。这些土壤都具有不同深度和肥沃度。土壤的结构和成分会对包括葡萄在内的植物造成很大的影响。
在一般情况下，生长在纳帕河平坦的河床上和山谷底的土壤会比那些覆盖在山坡和丘陵上的岩石土壤层度更深。然而经验表明，优质酿酒葡萄的生长并不需要非常肥沃且土层深厚的土壤。由于山坡上的土壤均为单薄的岩石土壤, 葡萄根较难渗透，因此收成可能会比较低，但由此产生的压力往往使生长出来的小葡萄具有高度集中的色泽和风味。