Hvolbækstenen består af homogen tydeligt folieret gnejs i sort/hvid med rød granat. De hvide striber får deres farve fra feldspatmineraler – antagelig plagioklas samt lys grå kvarts. De sorte striber er sandsynligvis biotit og/eller hornblende. Heri findes overalt knappenålshoved store røde granater. Der er nok tale om en migmatit, som betyder blandingsbjergart.
Når en bjergart kommer under højt tryk dybt i jordskorpen, smelter de mineraler med lavest smeltepunkt og krystalliserer igen i årer. Lavest smeltepunkt har netop feldspat og kvarts. Årer domineret af mørke mineraler er udtryk for, at her er bjergarten forarmet for feldspat og kvarts. Der er således sket en differentiering i en mørk og en lys bjergart.
Højtryksmineralet granat lyser overalt op som røde stjerner på en sort/hvid himmel. De er alle omkring 1 mm store. Granat opstår, når atomerne flytter sig og danner nye mineraler som reaktion på højt tryk dybt i jordskorpen. Diamant dannes på samme vis. Hvolbækstenens granater er sandsynligvis af typen almandin, der netop er mørkt røde og desuden er det mest almindelige.
Enkelte brede pegmatitgange snor sig over stenen med hvid feldspat og kvarts, hvor kornene er omkring 5 mm store.
Hvolbæk ligger på Den Østjyske Israndslinje. Her stod isranden for 19.000 til 18.000 år siden. Det Østjyske Isfremstød kom fra sydøst fra østersø-egnene. Det er derfor mest sandsynligt, at Hvolbækstenen stammer fra Sydsverige eller Østersøens bund et sted.