根据国内学者的研究，红层碎屑的颗粒组成差异很大，有洪积泥砾、短促河床砾石层、河床相砂砾、较长途搬运的具有砂波结构的河床砂、河流三角洲前缘相的砂质层和以泥质为主的湖盆相粉砂质或淤泥质沉积等。四川盆地西北部的古山前拗陷中的红层巨砾可达数十厘米，而许多红层盆地中部多由泥质岩构成。碎屑的砾石组成一般与其外围山地的物源一致，岩屑、砾屑是其外围物源地岩石碎屑的混合。其砂质主要是石英，含部分长石;胶结物以泥、砂为主，化学胶结物主要为硅质、钙质和铁质。湖南岌山的碳酸钙含量随外围接触地层的不同而有很大差别，在接触碳酸盐岩源地的地方，碳酸钙含量可达25%以上。

关于其形成，早为国内外地质工作者们所重视，但是众说纷纭，颇不一致。因为在古代沙漠沉积中是很多的，但是现代沙漠中却非常少。但红层的形成需要如下几个条件：

1.适宜的古地貌条件。红层为碎屑岩沉积，需要有接受沉积的古沉积盆地和沉积物源，沉积盆地多为内陆盆地，也有少量的海滨及海相沉积，物源则指周围山地提供丰富的岩石风化物。

2.适宜的古气候条件。红层形成于干燥炎热的古气候环境条件下，一方面岩石风化作用强烈，可以提供丰富的物源，另一方面岩石氧化作用强烈，可以形成红层的红色外观。有一点是肯定的，红色往往与岩层中的某些化学成分有关。

红层是地质学家们注意得最早的岩层之一，它广泛地分布于世界各地，从前寒武纪到现代的各个地质时期，几乎都有红层的堆积，只是某些地质时期显得非常丰富，如泥盆纪。除少数的红层是个例外，大部分红层均由非海相的陆源碎屑沉积物构成。

红层可出露于不同的岩层序列当中，可以和蒸发岩形成互层，也可以出露在煤系地层中，蒸发岩和煤系地层，显然是不同气候带的沉积产物，因此红层的成因不可能是由于某种单一的气候原因，过去对红层成因的争论，问题就出在成因是多样的。在红层中一般很难找到化石，但是脊椎动物的化石则多产自红层，这一方面证实了红层多是陆相沉积，可能同时也表明：红层大多数是在氧化比较激烈的条件下形成的。

也许受了某些文献的偏见所影响，加之红层和盐类矿物常常是区域性的共生，使之在通常在地质工作人员的心目中，不自觉地总是把红层视为干燥气候条件下的产物。事实上在干旱沙漠地带，最突出的颜色是暗褐色和淡黄色，而不是红色。对世界各地的红壤研究后也表明：红色的土壤产于温暖潮湿的气候条件之下。研究已经确认，岩屑来源区的气候情况决定着沉积物最初是否呈红颜色，而沉积盆地的自然条件又决定了是否能保存住红的颜色，看来仅仅是红颜色的本身，不能作为炎热干燥气候的标志。

地质年龄相对较轻，经历的地壳变动相对较少，褶皱不剧烈，产状平缓，其岩性主要是砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土质粉砂岩、粘土岩或泥质页岩等，有时会夹杂有灰岩结核，岩相变化大，并含透镜状或薄层状多孔疏松砂岩，都不同程度地发育有层间剪切带，还常见有诸如石膏等易溶岩类，与老地层相比，成岩作用差，有的呈半胶结状，强度较低，总体上属软岩类，是一个很复杂的弹性模量相差甚大的软硬相间的不等厚的底层组合岩体。

我国出露的红层主要分布在西南、华南、东南和西北地区，其他地区只有零星分布。西南的四川盆地和西北的陕甘宁盆地以及云南高原中部、南部等地，都有完整成片的红层分布。在江南地区，红层多分布在一些山间中、小盆地中，如湖南的衡阳盆地、江西的赣州盆地等。西北的准葛尔盆地、吐鲁番-哈密盆地、塔里木盆地、柴达木盆地以及秦岭南部山间盆地等地区都有典型的红层 。红层的分布还可以包括被后期地层掩盖的下伏地层，如江汉盆地。陕甘宁盆地等被第四纪的沉积物所覆盖。

红层这个名称在中国最早由李四光提出，红层主要指侏罗纪、白垩纪及少量三叠纪及早古近纪形成的，已经成岩的，主色调为红色的泥岩、粉砂岩、砂岩等岩性的一套陆相及浅水湖相沉积物，但红层并非只是中生代及以后的产物，在北美一俄罗斯古陆以及我国的山西及塔里木盆地等部在古生代就有陆相“老红层”沉积。

Krynine (1950)认为红层主要是红层土或更老的红层经过剥蚀再沉积之后形成的。这种假设是在柴郡以南二叠系地层中少见的红色沉积物基础上提出的。Van Houten (1961) 的想法认为沉积岩在原位（早期成岩作用）收到氢氧化物的脱水作用而被染成红棕色或浅褐色。这些铁氢氧化物通常为针铁矿(FeO-OH)和所谓的“非晶态氢氧化铁”或褐铁矿。事实上,这种材料可能是矿物水铁矿(Fe₂O₃H₂O)。

这种脱水或“老化”的过程已与冲积平原和沙漠环境中与成土作用密切相关。Berner (1969)表明,针铁矿(氢氧化铁)通常相对于赤铁矿是不稳定的且在缺少水或在高温环境下容易发生脱水反应。

2FeOOH (goethite)→ Fe₂O₃(hematite) H₂O2100433B

红土砾石层（red~earth gravel bed ） 在各种红土岩相中，常见的洪积，坡积与冲积等，多半含有砾石层，风化以后均保留在红土里，所以古红土又常被称做红土砾石层，尤其在华南地区，有时把它作为一个地层来称呼。