제주시 우도면 일대에는 소머리응회암층이 분포하고 있다. 검멀레동굴은 이 응회암 층에 발달하고 있는 해식동굴로 경도가 약한 암석이 파도의 침식작용에 먼저 깎여나가며 형성되기 시작했다.
검멀레동굴은 내부로 갈수록 파도의 침식작용이 줄어들어 통로의 크기가 점차 작아지는 해식동굴의 전형적인 구조를 보여주고 있다. 우도 남동부에 위치한 소머리오름의 동쪽면 하단에 있다. 검멀레는 검다는 뜻의 ‘검’과 모래를 의미하는 ‘멀레’가 어우러진 지명이라고 한다.
검멀레동굴의 입구는 모두 4개가 형성되어 있다. 제1입구는 우도봉에서 북북동쪽 약 600m 지점 해안 단애의 동쪽 면 하단으로 검멀레동굴 서쪽 끝 지점에 있다. 입구의 폭은 9m, 높이는 3.2m이며, 개구 방향은 80°이다. 제2입구는 폭 2.5m, 높이 1m로 개구 방향은 115°이다.
제3입구는 폭 3.2m, 높이 1.7m로 개구 방향은 125°이다. 제4입구는 폭 2m, 높이 1.1m로 개구 방향은 110°이다. 이들 4개 입구는 모두 바다를 향하고 있다. 제1입구의 공동(空洞)은 타원형인데, 305° 방향으로 길이가 29m이다. 제2·제3·제4입구와 좁은 공동으로 연결된다.
광장의 바닥은 벽면 쪽으로 완만한 상향 경사를 이루며 연마도가 양호한 역(礫)이 집중 분포한다. 제1입구 부근에는 모래층이 형성되어 있으며, 나머지 입구 부근에는 낙반(落磐: 천장이나 벽에서 낙하한 대형 암석)들이 있다. 영구암대는 형성되어 있지 않다. 검멀레동굴 내부에는 대향 분기공 형태의 광장이 있는데 동굴이 형성된 후 해식 작용에 의해 형성된 것으로 보인다.
해식동굴은 파도의 침식작용으로 형성되는 과정에서 주로 해식애 및 파식대 등과 함께 나타난다. 때로는 절벽의 꼭대기까지 약한 부분을 따라 침식이 일어나 바람구멍이 만들어지기도 한다. 조석이 바람구멍과 비슷한 높이에서 일 경우에는 파도가 해식애에 부딪치면서 그 틈으로 물보라가 발생하기도 한다. 검멀레동굴과 같이 조석간만의 차가 큰 해안에 발달하는 해식동굴은 간조 시에만 접근이 가능하다.