주상절리는 지표로 분출된 화산암에서 나타나는 일반적인 1차구조로, 분출한 용암이 냉각되면서 수축될 때 형성된다. 따라서 암석의 온도이역(thermal history)을 연구하는데 중요한 정보를 제공한다. 주상절리는 용암이 분출되면서 지표나 공기와 접촉하여 식기 시작하기 때문에 절리의 방향은 보통 지표면에 수직으로 발달한다.
경주 양남 주상절리군을 이루는 현무암의 반정(斑晶)은 주로 사장석이다. 크기는 전체적으로 크기가 1㎜ 이상인 것이 20% 이상이며, 3㎜ 이상의 반정도 관찰된다. 석기(石基: 반상 석리에서 작은 결정이나 유리질로 된 부분)는 막대형의 사장석과 철산화물 · 유리질로 구성되어 있다. 사장석 반정은 알바이트 쌍정(雙晶)과 칼스바드 쌍정이 관찰되고, 누대구조(累帶構造)와 체구조(sieve structure)도 발달해 있다.
이곳 해변에는 10m가 넘는 정교한 돌기둥들이 1.7㎞에 걸쳐 분포해 있으며, 주름치마, 부채꼴, 꽃봉오리 등 다양한 형태의 주상절리가 존재한다. 그리고 몽돌길, 야생화길, 등대길, 데크길 등 해안 환경을 고려한 테마로 1.7㎞에 걸쳐 주상절리 전 구간을 산책할 수 있는 파도소리길이 조성되어 있다.