Почвообразовательный процесс в зоне каштановых почв протекает под воздействием дернового процесса в условиях изреженного и низкорослого травостоя и теплого, сухого климата.
Ежегодное отмирание растительности сопровождается систематическим обогащением почвы органическим веществом, однако это обогащение в зоне сухой степи очень незначительно и обычно не превышает 3—4 т/га. Основная масса растений в этих условиях отмирает в период сильного летнего иссушения почвы, поэтому разложение органических остатков происходит при хорошей аэрации. Процессы гумификации и минерализации растительных остатков в условиях ярко выраженного аэробиозиса приводят к значительному накоплению в почве различных минеральных соединений и образованию небольшого количества гумуса. Преобладающей составной частью гумуса являются устойчивые соединения группы гуминовых кислот.
По содержанию гумуса каштановые почвы немного беднее черноземных (от 2,5—4,5 %), а мощность гумусового слоя не превышает 35—55 см. В связи с небольшим содержанием гумуса каштановые почвы имеют темно-коричневую окраску, напоминающую цвет зрелых плодов каштана, откуда и название почвы.
Поскольку каштановые почвы развиваются в условиях непромывного режима, то легкорастворимые соли выносятся на небольшую глубину, где формируется хорошо выраженный иллювиальный карбонатный горизонт. Очень часто карбонатный горизонт у каштановых почв начинается с глубины 30—40 см и доходит до 120—180 см. С глубины 120—180, а иногда 150—170 см начинается горизонт скопления гипса и других легкорастворимых солей, верхняя граница которого в известной степени соответствует наибольшей глубине ежегодного промачивания почвы атмосферными осадками.
Водный и солевой режимы каштановых почв в значительной мере обусловлены ежегодной сменой двух периодов, различающихся направлением передвижения влаги по профилю почвы — в весенний период преобладает нисходящий ток влаги, а в летний — восходящий. Восходящий ток влаги в летний засушливый период сопровождается поднятием растворимых солей, в том числе солей натрия, которые всегда содержат нижние горизонты каштановых почв.
Кроме того, при разложении растительных остатков полынных группировок наряду с кремнием, магнием и полуторными окислами образуется большое количество натрия, что является причиной развития солонцеватости.
Поэтому характерной особенностью каштановых почв является их солонцеватость, обусловленная содержанием в поглощающем комплексе натрия. Количество поглощенного натрия в этих почвах может быть различным, но чаще всего колеблется от 2 до 20 % общей емкости обмена. Содержание поглощенного натрия определяет некоторые неблагоприятные свойства почв: бесструктурность верхнего горизонта, уплотненность горизонта, плохую водо- и воздухопроницаемость почвы и щелочную реакцию почвенного раствора.
В большинстве случаев солонцеватые разновидности каштановых почв приурочены к участкам, где солевой горизонт залегает неглубоко от поверхности почвы.