천매암ㆍ함력천매암ㆍ운모편암ㆍ규암ㆍ각섬암ㆍ사암ㆍ점판암 등으로 되어 있다.
1923년 일본인 Nakamura에 의해 옥천 누층군의 일부 지역이 연구되면서 처음 옥천계로 명명되었다.
옥천계는 화강암의 저반으로 둘러싸여 있어서 화강암 속에 잡혀 있는 긴 퇴적암의 포획암(捕獲岩 : 화성암 속에 둘러싸인 다른 바위조각)이라고도 할 수 있다. 서북지역에는 선캠브리아 이언의 경기육괴의 기저 복합체가, 동남지역에는 소백산육괴가 대치 분포하고 있는 대상 화강암체의 축을 이루듯이 북동∼서남방향으로 길게 분포하고 있다. 처음에는 선캠브리아계로 생각되었으나 캄브리아기의 화석인 아케오시아타(Archaeocyatha)가 발견되고 코노돈트(Conodont)화석도 발견되어 전체가 고생대층일 가능성이 커졌다.
옥천계 중에는 사질, 이질, 아이질, 역질, 탄산질 등으로 구성된 퇴적기원의 암석이 변성되어 있는데, 이 가운데 함력천매암층을 빙하 기원으로 보는 학자도 있으나, 이를 해저의 암설류(岩屑流)로 보는 측도 있는 등 아직 해석이 정립되지 않았다.
이질원 암류에는 흑연질의 무연탄층이 협재되어 있을 뿐 아니라 희유원소광물류인 우라늄과 토륨(U, Th)이 수반되어 있다. 옥천계의 층서에 대해서는 많은 연구가 있었으나 아직 제한된 지역에서의 연구를 기반으로 실시된 것으로 객관적으로 정립이 덜 된 상태이다.