Von Norden her durchquert der Tunnel das Aar-Massiv, das hauptsächlich aus Graniten und Paragneisen besteht. Anschliessend durchbohrt die Tunnelbohrmaschine die Urseren-Zone aus Gesteinen des Mesozoikums und des Permokarbons. Die dritte Formation ist das Gotthard-Massiv, das sich mehrheitlich aus Gneisen und Graniten zusammensetzt. Beim Portal Airolo trifft man auf die aus Metasedimenten bestehende Nufenen-Zone. In den Portalbereichen, also am Eingang des Tunnels, finden sich unterschiedlich lange Abschnitte aus lockerem Gestein.

Hier folgen kurze Erläuterungen zu den genannten Gesteinsarten:

• Granit: massiges und relativ grobkristallines Tiefengestein
• Gneis: tief in der Erdkruste entstehendes mineralogisch verändertes Gestein
• Paragneis: Gneise werden nach ihren Ausgangsgesteinen unterschieden. Paragneis entsteht durch die Umwandlung von Sedimentgestein.
• Mesozoikums: geologische Ära, griechisch Erdmittelalter
• Permokarbon: Zusammenfassung roter Sedimentgesteine aus den Systemen Karbon und Perm
• Metasedimente: Sedimentierte Gesteine, die durch eine Metamorphose entstanden sind.

Der Bau der zweiten Röhre verursacht insgesamt rund 7,4 Millionen Tonnen Ausbruchmaterial. Der grösstmögliche Teil des Ausbruchmaterials wird wiederverwertet, sodass die Umweltauswirkungen minimiert werden können. Die bereits bekannte Geologie der ersten Tunnelröhre erlaubt eine gute Prognose der effektiven Wiederverwertbarkeit.

Aus 1,8 Millionen Tonnen Ausbruchmaterial entsteht umgehend wieder neues Baumaterial. Rund 1,9 Millionen Tonnen nutzt das ASTRA für die Geländemodellierung und die Überdeckung in Airolo. Weitere rund 3,5 Millionen Tonnen Gesteinsmaterial kommen bei der Renaturierung der Flachwasserzone im Urnersee zum Einsatz.

Verschmutztes Ausbruchmaterial und Bauabfälle, wie belastete Abbrüche und Rückbauten, Metallteile, Sperrgut oder andere Abfälle (Holz, Glas, Plastik, Rohrstücke usw.) werden aussortiert, analysiert und gemäss den Vorschriften direkt entsorgt.