บึงละหาน ตั้งอยู่บนพื้นที่ราบที่มีชั้นเกลือหินวางตัวอยู่ด้านใต้ เกลือหินสามารถละลายน้ำได้ง่ายและทำให้เกิดโพรงใต้ติน เมื่อตะกอนด้านบนรับน้ำหนักไม่อยู่จึงเกิดการถล่มตัวลงเป็นปรากฏการทางธรณีวิทยาที่เรียกว่า หลุมยุบ โดยเริ่มแรกเป็นหลุมขนาดเล็กและค่อยขยายตัวใหญ่ขึ้น เมื่อเกิดหลุมยุบครั้งแรกน้ำจะรสชาติเค็มเนื่องจากน้ำเกลือใต้ดินขึ้นมา ภายหลังตะกอนขนาดเล็กจะปิดกั้นไม่ให้เกลือสามารถขึ้นมาได้ ในขณะที่น้ำจืดเพิ่มปริมาณมากขึ้นความเค็มก็เจือจางไป ปัจจุบันบึงไม่มีการขยายตัวและไม่ก่อให้เกิดอันตรายใด ๆ ลักษณะเช่นนี้สามารถพบได้หลายแห่งในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ[2]