A secção dos Arrifes é um lugar fascinante onde se podem observar rochas sedimentares calcárias e argilosas depositadas durante o período Cretácico Inferior (entre 145 e 101 milhões de anos atrás). Nas arribas entre a praia dos Arrifes e a Ponta da Baleeira estas rochas sedimentares dispõem-se em camadas verticais, como se fossem livros organizados em estantes. Isto deu origem à designação popular de “livraria” a este local. As camadas verticais formam uma sucessão com cerca de 194 m de espessura. Elas são compostas por calcários ricos em fósseis, margas (uma mistura de calcário e argila), lamas coloridas, arenitos e conglomerados. Os fósseis presentes e as estruturas sedimentares indicam que os sedimentos acumularam-se numa zona litoral húmida, na qual as subidas e descidas do nível do mar faziam alterar ambientes marinhos de plataforma, com ambientes litorais húmidos e zonas emersas da planície costeira onde se formaram solos.

As camadas da secção dos Arrifes foram verticalizadas pelos movimentos ascendentes do sal e gesso (evaporitos) do diapiro de Albufeira localizado a norte dos Arrifes. A movimentação dos evaporitos do diapiro de Albufeira e a verticalização das camadas da secção dos Arrifes, terá decorrido entre o Cretácico Superior e o Oligocénico Superior. Pois camadas sub-horizontais de calcarenitos ricos em fósseis de idade Miocénico, assentam em discordância angular sobre os evaporitos e as camadas verticais dos Arrifes.

Sobre as camadas verticais do Cretácico Inferior, em discordância angular, estão camadas sub-horizontais, depositadas durante o Miocénico (entre 23 e 5,3 milhões de anos atrás). Estas são ricas em fósseis de invertebrados marinhos que sugerem deposição em plataformas carbonatadas. As camadas calcárias do Cretácico Inferior e do Miocénico, encontram-se carsificadas com cavidades de várias dimensões preenchidas por brechas de colapso ou sedimentos mais recentes (areias e argilas), provavelmente de idade Pliocénico – Pleistocénico.

O que torna secção dos Arrifes ainda mais especial a nível internacional é o seu incrível valor paleontológico. Uma variedade impressionante de grupos de invertebrados e microvertebrados encontraram-se neste local. São exemplos dos vertebrados aquáticos e terrestres os: peixes ósseos, tubarões e raias, anfíbios, tartarugas, criaturas semelhantes a crocodilos, dinossauros, lagartos e pterossauros. Entre os fósseis de vegetais são frequentes as estão impressões de plantas e restos carbonizados. Microfósseis de foraminíferos e carófitos são também abundantes, destacando-se uma camada quase exclusivamente constituída por milhares de pequenas carapaças calcárias do foraminífero Orbitulina (Mesorbitolina) parva. As camadas de margas e argilas são ricas em palinomorfos, incluindo esporos, pólen e dinoflagelados. Outros vestígios são as fósseis, de dinossauros saurópodes, e o primeiro registo mesozoico de coprólitos de térmitas em Portugal.