Allain se situe sur une partie du plateau lorrain, à l'écart des grands cours d'eau : il s'agit du plateau du Dogger, continuation géologique du plateau de Haye, mais qui forme une entité bien distincte. Il est limité à l'Ouest par un système faillé qui créé une rupture entre le Bathonien et le Bajocien.

A l'Ouest, le Bathonien réunit des horizons marno-calcaires alors qu'à l'Est du territoire, c'est le Bajocien calcaire qui domine.

Ainsi d'Ouest en Est on peut distinguer :

• le Bathonien supérieur et moyen : puissant de quarante mètres, cet étage présente des bancs de calcaires irréguliers et des niveaux à oolithes et granules ferrugineux. Il s'agit de "marnes à Rynchonelloïdella" d'aspect sablo-micacé.
• le Bathonien inférieur offre le faciès fossilifère des "caillasses à Anabacia". C'est un marno-calcaire rocailleux, grossièrement oolithique, à fossiles roulés. La puissance ne semble pas dépasser 7-8 mètres.
• le Bajocien supérieur montre trois niveaux :

1. la partie terminale est constituée par l'oolithe miliaire supérieure ou "oolithe de Royaumeix". Ce niveau, épais de 18 mètres au maximum, devient de plus en plus compact à mesure que l'on va vers le Sud,
2. l'oolithe terreuse à "Clypeus ploti" présente un complexe de calcaires terreux, oolithiques, grossiers, plus ou moins cristallins et de marnes oolithiques,
3. l'oolithe miliaire inférieure 'est un niveau de calcaires blancs, gélifs, finement oolithiques, à stratifications entrecroisées. Sa puissance habituelle est inférieure à 3 mètres.

En divers endroits du ban, on peut observer des limons à tendance brun-rougeâtre, présents sous forme de placages.