Størstedelen af bjergarten består af en grovkornet lys gnejs med lys rødlig alkalifeldspat, lys plagioklas, grå kvarts, mørk biotit og mørk rødlig granat. Bjergarten er tydeligt folieret, og det ses ved en generel hældning af lagplaner defineret ved mørke tynde biotit-lag, der hælder ca. 30 grader mod syd.
Granatkornene er op til 1,5 cm store og fordelt ud gennem bjergarten. Stenens kvartsårer er dannet senere, og de følger den generelle foliationsretning. Det store indhold af granat tyder på, at bjergarten har et højt aluminiumsindhold og derved en sandsynlig sedimentær udgangssammensætning.
Lundestenen kan meget vel have været et leret havbundssediment, som blev til gnejs, da havbunden blev foldet dybt ned i jordskorpen og kom under højt tryk.
Langs stenens østlige stejle langside ses en indeslutning af en mørk bjergart i form af et aflangt foliationsparallelt legeme, som er knap 1,5 m langt og 20 cm bredt. Bjergarten er en finkornet amfibolit bestående mørk amfibol og lys plagioklas.
I den nordlige ende af stenen ses et andet mindre legeme af tilsvarende amfibolit. Det er muligvis en forsættelse af samme legeme da begge ligger i ca. samme foliationsplan. Her forekommer det som et afsnøret legeme i gnejsen, hvilket ved et geologisk udtryk betegnes som en 'boudin' (på fransk betyder det pølse). ’Boudinage’ opstår som følge af forskelle i bjergarternes måde at reagere på, når de udsættes for deformation. Blå Sten på Læsø har også boudins.
Amfibolitten, som er blødere end den omgivende granat-gnejs, ses at være fortrinsvis nederoderet, hvilket har skabt en fordybning i stenen, hvor amfibolitten findes.