Ф. Н. Чернышев отметил сложное геологическое строение долины, отделяющей Тиманский Камень от Чайцынского. Здесь из-под древнейших сланцевых пород Тимана выступают массивные кристаллические породы — оливиновые диабазы и меланофиры, в виде обширных покровов развитые среди верхнедевонских песчаников и нередко разбитые призматической отдельностью, сходной с отдельностью базальтов и долеритов. Для выяснения залегания этих покровов были изучены разрезы на реках Суле и Пижме Печорской, где существование этих пород ранее не предполагалось.
Как и на Южном Тимане, древнейшими породами в районе работ 1890 г. оказались глинистые и серицитовые сланцы, на которых о несогласием залегают верхнесилурийские породы северной оконечности Тимана. Здесь на севере можно наблюдать характер соотношений силурийских и верхнедевонских отложений: последние залегают на силурийских трансгрессивно и представлены почти исключительно песчаниками, мергелями и глинистыми сланцами, содержащими обильную фауну и хорошо сохранившиеся растительные остатки. К верхнему девону Ф. Н. Чернышев отнес также и кварцевые рыхлые песчаники, слагающие Чайцынский и Тиманский Камни, принимавшиеся ранее за каменноугольные отложения. Верхнедевонские отложения слагают все четыре тиманские гряды и представляют собой дислоцированную свиту одних и тех же пород. В районе Цыльмы, Мылы и Пижи в верхних горизонтах верхнедевонской толщи появляются прослои известняков с хорошо сохранившейся фауной рыб и снириферид.
Изучение каменноугольных известняков в северной части Тимана подтвердило схему их расчленения, предложенную Ф. Н. Чернышевым в 1889 г., и позволило значительно пополнить палеонтологические коллекции и тем самым более основательно провести параллелйзацию этих отложений с соответствующими подразделениями Урала. Наиболее полные разрезы каменноугольных известняков были встречены на пересечениях восточной Тиманской гряды реками Сулой, Белой и Индигой.
На восточном склоне Тимана в районе рек Цыльмы, Мылы, Пижмы Печорской и Нерицы Ф. Н. Чернышев обнаружил пермские отложения, представленные мергелями, глинами, песчаниками и известняками. По его мнению, эти отложения могут быть соотнесены с породами нижней красноцветной пермской толщи южных районов Тимана, а такжн Приуралья. На восточном склоне Тимана на эти красноцветные пермские отложения непосредственно налегают мезозойские осадки, на западе же, в районе Пёши, на них лежит тол- . ща серых песчаников с обильной фауной.
Мезозой на Северном Тимане в основном представлен теми же горизонтами, которые были установлены Ф. Н. Чернышевым в южной части кряжа. В келловейских и оксфордских отложениях был собран большой палеонтологический материал. Особый интерес вызвало открытие им на обоих склонах Тимана киммерийских отложений, содержащих фауну, близкую к некоторым формам, описанным А. П. Павловым в киммерийских слоях Симбирской губернии. В нижневолжских слоях также удалось найти несколько экземпляров фауны хорошей сохранности, подтверждающей возраст этого горизонта. В глинах и рыхлых песчаниках были найдены также аммониты, напоминающие формы германского неокома.
Работами Тиманской экспедиции 1890 г. среди послетретичных отложений были обнаружены мощные морсцие постплиоценовые глины и пески с валунами кристаллических и осадочных пород, нередко покрытых отчетливой штриховкой. В этих отложениях, распространяющихся от берегов Ледовитого океана до водораздела Цыльмы и Рочуги и верховьев Мылы, была собрана богатая фауна, имеющая большое сходство с современной фауной Мурманского побережья и фауной морского постплиоцена, описанной академиком Ф. Б. Шмидтом на Енисее. Над глинами и песчаниками, содержащими эту морскую фауну, залегают слоистые песчаные отложения с прослоями гравия и валунов с очень редкой фауной., Некоторые разности постплиоценовых глин принимались предшественниками Ф. Н. Чернышева за мезозойские из-за наличия в них конкреций с юрскими и меловыми ископаемыми. Ф. Н. Чернышеву удалось отыскать в этих глинах современные морские раковины. Почти не были обнаружены следы деятельности материкового льда (за исключением штрихов и шрамов на сглаженных поверхностях скал северной оконечности Тимана), так как они были уничтожены, как предположил Ф. Н. Чернышев, последовавшей обширной трансгрессией Ледовитого океана.
