Dalen er kendetegnet af en bred dalbund og høje, kløftede dalsider, der tydeligt afgrænser og indrammer dalen. I dalbunden er Hansted Å omgivet af store vådområder, små lavbundsområder og afvandingskanaler.
Geologisk dannelse og terræn
De geologiske karaktertræk i Hansted Ådal er især præget af den Ungbaltiske Is i slutningen af sidste istid. Men dalens oprindelse menes at være jordskorpebevægelser i slutningen af tertiærtiden for mere end 2 mio. år siden. Her fik bevægelser i undergrunden terrænet til at synke ind langs brudlinjer i jordskorpen og danne en dalstruktur, der omfatter både Horsens Fjord og Hansted Ådal.
Under istidens Ungbaltiske isfremstød blev dalen uddybet af en stor gletschertunge, der gled ind gennem Horsens Fjord. Herfra deltes isen i to gletschertunger, hvoraf den ene fulgte Hansted Ådal helt frem til den Østjyske Israndslinje ved Gudenådalen, der markerede isens maksimale udbredelse. Denne prægning afspejles i dalens brede profil, hvor en bred dalbund afgrænses af høje og ofte stejle dalsider. I dalbunden har smeltevandet skabt et varieret terræn præget af små holme i dalens længderetning.
I slutningen af istiden, da isen atter var smeltet væk fra området, fungerede dalen som smeltevandsdal. I denne periode lå der fortsat brudstykker af gletscheris tilbage i de omgivende og mere højtliggende landskaber, der langsomt smeltede. Smeltevandet strømmede herfra mod dalen og eroderede kløfter ned i dalsiden, så dalsiderne i dag fremstår med kuperet terræn. De største og mest markante erosionsdale er Lille Hansted Ådal, der er afgrænset som en del af bakkelandskabet nord for Horsens.
Jordart
Jordarterne i området afspejler den geologiske dannelse.
I den centrale del af dalen mellem motorvejen og højderyggen mod nordvest er dalbunden præget af ferskvandstørv (FT) og ferskvandssand (FS), mens dalsiderne består af moræneler (ML) og smeltevandssand (DS).
Øst for motorvejen er jordarten præget af saltvandsaflejringer, især saltvandssand (HS). Det afspejler, at Stenalderhavet for ca. 8.000 år siden strakte sig ind i dalen og aflejrede materiale.
Bakkedraget i den nordvestlige del af landskabsområdet domineres af issøsand (ZS) og issøler (ZL), der angiveligt blev aflejret mellem randmorænen og gletschertungen.
Hydrologiske forhold
Store Hansted Å strækker sig gennem hele dalen. Den udspringer fra adskillige bække, der afvander bakkedraget mod nordvest og suppleres af mindre vandløb fra de omgivende landskaber. Mod sydøst munder åen ud i Nørrestrand.
Mellem Nørrestrand og bakkedraget er dalbunden præget af små og store lavbundsområder. Øst for motorvejen, hvor Stenalderhavet havde sin udbredelse, er dalbunden især domineret af store lavbundsområder.
I den sydøstligste del af dalen dominerer Nørrestrand.
