Bei der Karlstal-Felszone handelt es sich um überwiegend mittelkörnige Sandsteine mit einem Farbspektrum, das von Blassrot über Ziegelrot bis Hellviolett reicht und außerdem gelblich-braune bis gelblich-weiße Partien umfasst. Die Farbspiele lassen sich auf den geringen Anteil von Eisenmineralen wie Hämatit und Limonit in den Gesteinen zurückführen. Bei den helleren Partien sind sekundäre Entfärbungen als Folge von Lösungsvorgängen anzunehmen.
Im Mikroskop können nach GRIMM (1990) Quarz und Gesteinsbruchstücke als Hauptbestandteile identifiziert werden (90 – 95%). Als Nebenbestandteil sind Feldspäte enthalten, die teilweise kaolinisiert sind. Akzessorisch sind Biotit (Glimmermineral) sowie Turmalin und Zirkon zu beobachten. Das Bindemittel besteht aus Quarz, der teilweise durch Sprossung (sekundäres Wachstum) gerundeten Quarzkörnern aufsitzt, untergeordnet auch aus Kaolin und Eisenmineralen. Das Gestein besitzt einen nennenswerten Porenraum, der annähernd gleichmäßig im Gesteinskörper verteilt ist.