започнала силна активна вулканична дейност. Под водите на морето се изливало голямо количество лава. След внедряване на магма в земната кора започва издигане на земната повърхност в района на Витоша. В резултат се оформя плутонично тяло (Витошкото ядро), което остава под повърхността на морето. На мястото на Витоша в края на мезозоя и началото на неозоя възниква дълбока пукнатина с посока север-северозапад-юг-югоизток. В нея на четири последователни импулса се внедрява магма, образуваща четирите наставки на плутона: габрова, монцонитова, левкосиенитова и граносиенитова.

Витошкият плутон, след неговото пълно застиване, започва да се изтласква нагоре. Разкъсва андезитовата покривка, от която остава само рамката. Най-много се издига в югоизточните си части, където се намират високите върхове на планината, докато северозападната част потъва и се покрива с терциерните наслаги на Пернишката котловина.

Най-високо издигнатите централни части на Витоша с върховете двухилядници, заедно с Черни връх (2292 м), както и голяма част от западните й склонове, са изградени от скалите на Витошкия плутон. Той има клиновидна форма с дължина 13 км и ширина до 9 километра. Обгърнат от своеобразен андезитов пръстен, той е разкъсан само към Пернишкото поле и е покрит със седименти. Тези андезити оформят стръмните северни склонове на софийските квартали Княжево, Бояна, Драгалевци, Бистрица и Железница. В плутона са разположени върховете Камен дел, Купените, Боянският водопад и други. В южните части на плутона са пещерата Духлата и изворът Живата вода при с. Боснек в долината на р. Струма

състои от няколко концентрични заравнености, разположени една над друга, с различна геологична възраст, формирали се при неколкократното издигане на земните пластове. Тези заравнености отговарят на периодите на покой, които са последвали всяко едно от издиганията на Витоша.  Периодите на покой са били съпроводени с активни процеси на разрушаване и заравняване на земната повърхност, при което са се образували четирите повърхнини на Витоша. Първата и най-стара заравненост, образувала се след първото издигане, е билната повърхност над 2000 м н. в.; втората се откроява в пояса около 1800-2000 м н. в; третата е развита на височина 1400-1600 м, а четвъртата – на около 1200-1400 метра. По заравненостите на последното ниво са образувани торфищата и мочурищата, които подхранват водите на витошките реки през цялото лято. Тук са и повечето от витошките плата. Тези нива със стъпаловиден характер показват, че планината се е издигала на етапи. Те донякъде съвпадат и с климатичните и растителни зони в планината.

Като последица от продължителните процеси на издигане и характерното луковично напукване на основната скала – сиенита, се образуват уникалните витошки „каменни реки“, които нямат нищо общо с известните ледникови морени. Досегашните изследвания свързват образуването им преди всичко с вида и структурата на основната скала. Заоблянето на повърхността на даден скален блок се обяснява, от една страна, като резултат от проникващата в пукнатините вода, а от друга – с процеса на нормалното механично изветряне на основната скала, което също довежда до повърхностно разрушаване, особено на ръбестите части на скалните блокове. За натрупването и придвижването на сиенитните блокове в ниските части на долините от основно значение са гравитационните процеси. Морените се отличават с изразителност и големина, които рядко се срещат в други наши планини. За разлика от сипеите каменните реки се срещат не само върху откосите, но и върху различните повърхности на стъпалата. Сипеи на Витоша има около Черни връх, Резньовете, Големия Купен, Сивата Грамада, Черната скала и други.

– среднопланински – от 1100 – 1200 м н. в.

Годишната сума на валежите тук достига 1060 милиметра. Средната годишна температура на въздуха е 4°С, средната годишна амплитуда е 18-21°С, а средната продължителност на зимата – 4-5 месеца. Устойчивото задържане на температурата на въздуха над 10°С настъпва към края на м. май. Средната годишна относителна влажност на въздуха е 79 %.

– високопланински (субалпийски) пояс – обхваща безлесните открити терени между 1900 и 2290 м н. в.

Билната част на Витоша е едно от най-влажните места в страната. Средната годишната сума на валежите възлиза на 1177 мм, а средната годишна температура на въздуха е 0,3°С. Средната годишна амплитуда е 16-17°С. Във високата част на планината (над 2000 м н. в.) зимата трае 5-6 месеца.

Слънчево греене:

Планината се характеризира със сравнително малки годишни суми на слънчево греене – от 2500 до 1900 часа (на Черни връх – 1960 часа), като по сезони се разпределя както следва: през лятото – по 740 часа, през зимата – 260 часа, през пролетта и есента – 440 часа.

Слънчева радиация:

Годишната сумарна слънчева радиация е 5100 – 5400 (MJ/m²). Сумарната слънчева радиация за периода с температура на въздуха над 10°С е 3800-4100 (MJ/m²), като през този период продължителността на слънчевото греене е 1500 – 1600 часа.

На Черни връх слънчевата радиация достига своя максимум през юли – 19.3 (MJ/m²), и е 3-4 пъти по-голяма от стойностите през януари.

Температура на въздуха:

Годишният ход на температурата на въздуха е с минимум през януари и максимум през юли. Температурната амплитуда намалява от около 20°С в нископланинската част до 16°С на Черни връх.

При надморска височина над 1000 метра температурата се понижава по-силно през лятото и по-слабо през зимата, поради което годишната амплитуда е по-малка отколкото в съседните полета. Зимата е студена, със средна януарска температура от около минус 3°С до минус 5°С (за Черни връх – минус 8°С). Лятото е хладно, със средна температура 10-15°С (за Черни връх – около 8°С). През зимата средномесечните максимуми за нископланинския пояс са над 0°С (около 8°С), в среднопланинския – около нулата, а във високопланинския – под нулата (на Черни връх – минус 5°С през януари и февруари).

Периодът с устойчиво задържане на средните денонощни температури под 0°С се счита за зимен. На Витоша при надморски височини около 600 – 700 м този период е 35 – 50 дни. При надморска височина 1000 – 1600 м продължителността му е между 70 – 120 дни, като на Черни връх достига до 215 денонощия. С увеличаване на надморската височина намалява периодът на устойчиво задържане на положителните температури. На височина около 600 м средната продължителност на устойчивото задържане на температурите над 0°С е около 300 дни, на 1000 – 1200 м този период е около 260, а на Черни връх около 180 дни. Устойчивото задържане на температурите над 5°С продължава около 240 дни на височини около 600 м, намалява до 210 дни на 1200 – 1400 м и е само 100 – 110 дни в най-високите части на планината. Устойчиво преминаване на температурата през 10°С се отбелязва само до височини 1700 – 1800 метра.

Влажност на въздуха:

За режима на влажност може да се съди по хода на абсолютната и относителната влажност на въздуха. Относителната влажност във високите части достига своя максимум през май, а минимумът е през август. В по-ниските части максимумът е през януари, февруари и декември, а минимумът – също през август.

Въздухът е най-сух през лятото (август), когато относителната влажност се изменя от 60 % до 80 %. Максимални месечни стойности се наблюдават през декември (на места ноември) и се колебаят от 80 % до 90 %. На подветрените склонове и по високите части на планината амплитудата на годишните колебания намалява.

Абсолютната влажност на въздуха следва хода на температурите. Най-високите стойности на средната месечна абсолютна влажност са през юли и август.

Валежи:

Годишните валежи варират от 650 – 700 мм в предпланинските до 1000 мм в най-високите части на планината (на Черни връх – 1030 мм). По-голямата част от тях през зимата са от сняг, като на височина до 1000 м твърдите валежи са около 70 – 90 % от общия валеж, а в по-високите части – 100 %.

Зимните валежи по северните склонове представляват 15 – 20 % от годишната сума, а по южните склонове – 20 – 23 %. Увеличаването на валежите с височината е много добре изразено. През лятото, в зависимост от надморската височина, варират от 180 до 300 милиметра.

Годишната амплитуда на валежите е различна и се влияе от изложението. По северните склонове разликата между летните и зимните валежи е 10 – 15 % от годишната им сума. В източните и западните части на планината сезонните суми на валежите са до голяма степен изравнени. В последните години има добре изразена тенденция към намаляване на валежите, особено във високите части на планините.

Най-много са дните с валежи през май и юни – около 10 – 15, а най-малко през август и септември – 5 – 8. През декември, януари и февруари в 50 – 70 % от тези дни валежите са от сняг, а във високите части на планината тези валежи са изключително от сняг. На височини над 1800 м през април и ноември броят на дните със сняг са около 50 – 60 % от общия брой на дни с валеж.

До 800 м н.в. натрупването на сняг започва през първото и второто десетдневие на декември. Средната дебелина на снежната покривка е около 3 – 5 сантиметра. Максималното натрупване на сняг за тези височини е през третото десетдневие на януари, когато то достига до 10 – 13 сантиметра. За височини 1000 – 1500 м натрупването на сняг започва през първото – второто десетдневие на ноември. Максималното натрупване е в средата – края на февруари и е около 40 – 60 сантиметра. Максималното натрупване на сняг на височини над 2000 м е в края на март – началото на април и е около 150 – 170 см (за Черни връх – 200 см). В последните години се отбелязва значително намаляване на дебелината на снежната покривка и неравномерност на валежите.

Вятър:

През по-голямата част от годината във високите части (над 1600 – 1800 м) духат силни, предимно югозападни и западни ветрове, със средна скорост около 8 м/сек. В същото време в орографски затворените форми на релефа те са около 1 – 2 м/сек.

Характерен за северните склонове е т.н. фьонов вятър, зараждащ се при югозападен въздушен поток. Дължи се на спускането на прехвърлилата хребета въздушна маса, която слиза като силен топъл и сух вятър, който много бързо стопява снега по северните склонове на планината.

На Черни връх през зимата средната месечна скорост на вятъра е 8 – 9 м/сек, като в около 20 % от дните ветровете са със скорост над 15 м/сек., а в отделни случаи и над 35 м/сек. През пролетта във високите части на планината скоростта на вятъра продължава да е около 10 м/сек, но се увеличава честотата на южните ветрове. През лятото се усилват северозападните ветрове, чиято средна скорост във високите части на планината е около 7 – 8 м/сек.

През лятото в средно- и нископланинските части се проявява и планинско – долинна циркулация. Случаите с тихо време са най-малко през зимата и пролетта. В района на Симеоново в около 15 – 20 % от случаите е тихо, докато в района на „Селимица“, поради по-затворената релефна форма, тези случаи са около 30%, въпреки по-голямата надморска височина. През лятото и есента нараства броят на тихите дни – до 30 – 40 % в по-ниските части на планината и до 10 – 15% във високите части. На Черни връх през цялата година случаите с тихо време са около 2 – 5 %.

Облачност:

Средногодишните стойности на общата облачност в ниските и среднопланинските пояси слабо зависят от надморската височина. Над 2000 м зависимостта е добре изразена. През зимата облачността е по-голяма в ниските части на планината. Това се дължи на факта, че 80 % от общата облачност е ниска. В най-високите планински райони и по върховете при смяна на въздушната маса се създават благоприятни условия за кондензация, поради което там отново се наблюдава увеличаване на облачността. През пролетта няма добре изразено намаление на облачността в нископланинската част. Средната месечна облачност през април се изменя от 5 бала, в ниските – до 7 – 8 бала във най-високите части на планината. С най-малка облачност е август – в зависимост от надморската височина от 2 – 3 до 4 – 5 бала. През есента почти не се наблюдава такова изменение. През октомври облачността е 5 – 6 бала.

оттичат към Черно, а другите – към Егейско море. Към Черноморския водосборен басейн са реките: Палакария, Куртова, Железнишка, Лява, Бистришка, Янчевска, Симеоновска, Драгалевска, Боянска, Владайска. Към Беломорския водосборен басейн принадлежат басейните на реките Струма, Матница, Танчовица, Рударщица. От Витоша води началото си р. Струма, най- дългата река в югозападна България. Дължината ѝ до българо – гръцката граница е 285 км, а общата ѝ дължина е 415 километра.

Други големи витошки реки са: Владайска, Боянска, Драгалевска, Бистришка, Железнишка (притоци на Искър) и Кладнишка и Матница (притоци на Струма).

По-голяма част от витошките реки водят началото си от торфените блата, представляващи обширни мочурища, разположени във високопланинската част на планината. Най-голямо е торфището на Високото плато. Това е и най-значителният за България комплекс от високопланински торфища, обявен за резерват „Торфено бранище“ с обща площ 782,8 хектара. Торфът със своята специфична структура, притежава изключителни водозадържащи свойства. На места неговата мощност достига 2 метра дълбочина. Проникващите в торфената покривка дъждовни води и водите от стопения сняг се отцеждат много бавно и поддържат съществуването на влажните поляни и мочурища през цялата година. Постоянен е и дебитът на изворите и реките, които извират от резервата и осигуряват питейна вода за гр. София. Това е причина и цялата площ на резервата да бъде включена във вододайната зона на града.

Освен за столичния град, планината е основен източник на питейни води и за гр. Перник. Витошки води се използват за водоснабдяването на Банкя, Радомир, Долно Драгичево и населените места от цялата подвитошка яка. Парковите територии, които имат санитарно-охранително значение за питейното водоснабдяване, надхвърлят 60 % от площта на парка.

Днес на Витоша липсват естествени планински езера, но съществуват исторически данни, които потвърждават наличието на две от тях до средата на 19 век. Според някои автори (проф. Делирадев) тези естествени витошки езера били пресушени по времето на османското владичество за нуждите на рудодобива. Местността, на чиято територия са били разположени двете езера, днес носи името „Сухото езеро“. На Витоша няма естествени езера, но в замяна на това са оформени изкуствени водни площи. Най-голяма сред тях е язовир Студена (с площ 1416 дка), разположен в западната част на планината, построен с цел водоснабдяване на гр. Перник, както и изкуственото Боянско езеро, разположено в близост до обиколната пътека Драгалевци – Бояна. То е създадено на мястото на голяма влажна зона. През 2012 са възстановени Симеоновските езера над кв. Симеоново и те се радват на голям интерес от туристите.

Витоша е извънредно богата и на извори. Общият им брой надхвърля 40, като около 33 са подходящи за питейно водоснабдяване. Голяма част от тях са каптирани за местни нужди, предимно обекти за отдих и туризъм, както и за крайпътни чешми (около 240). Изворите на Витоша се делят на три групи: термални, подпочвени, карстови.

– Термалните извори са разположени в подножието на планината (Рударци, Княжево, Железница, Панчарево). Това са топли минерални извори с температура на водата между 28°С и 32°С, слабо минерализирани, подходящи за лечение, както и за питейни цели. Витошките извори са в контакт с подвитошките дълбини, откъдето и получават своята топлинна енергия. Температурата, както и минерализацията им, е най-различна, в зависимост от техния подземен път и скалните и минерални пластове, които пронизват. Прави впечатление, че колкото изворите са по-близко до масива, толкова е по-ниска температурата на техните води.

– Карстовите извори са разположени в югозападните варовикови части. Местността Живата вода (на 3 км западно от Чуйпетлово) се състои от дебели пластове варовици и доломити. Целият Боснешки карстов район, в който попада местността, изобилства с пещери, подземни потоци и реки. Особен интерес представлява пулсиращият карстов извор Живата вода, чиято пулсация обясняват с особеното му устройство на принципа на скачените съдове. Най-големият за района карстов извор е Врелото – при с. Крапец. Той е източник на питейни води за гр. Радомир.

– Подпочвените извори се срещат по цялата снага на планината.

На Витоша се намира и известният Боянски водопад, разположен на Боянска река.