Bár a legtöbb esetben a Szekszárdi borvidékről egyszerűen annyit mondanak, hogy lösz a talaja, azért közelebbről megvizsgálva ennél sokkal árnyaltabb a kép. A mintegy 150 km2-es Szekszárdi-dombság legnagyobb tömegét a Pannon-tenger által lerakott homok és üledékek alkotják.
Ennek vastagsága 100-200 méter között változik, és csupán a keskeny szurdikokban, löszmélyutakon bukkan a felszínre. Ezen a felszínen az alsó pleisztocén időszakban vörösagyag-takaró képződött, melynek vastagsága általában csak 30-80 cm, de sok helyen teljesen lepusztult. A dombság nagy részére végül lösz települt, zömmel az utolsó jégkorszakban, ennek vastagsága 20-50 méter között váltakozik. A löszrétegben gyakran találkozhatunk egykor élt csigák házával, de akár a jégkorszak előttről származó nagytestű emlősök maradványaival is, valamint a népnyelven löszbabának nevezett mészkőkiválásokkal. A területenként változó mennyiségű mésztartalom gazdagabb, komplexebb ízvilágot kölcsönöz a boroknak.
A változatos talajrétegek is befolyásolják a telepített szőlőfajtákat, így általában a magasabb mésztartalmú részeken találjuk a fehérszőlő-ültetvényeket. A borvidék kiemelkedő dűlőiben legtöbbször megtaláljuk a vörösagyagot, ennek köszönhetően ezen területek hő- és vízgazdálkodása kiemelkedő, például a Görögszóban, a Strázsahegyen vagy a Gurovicában is, amit számtalan magas minőségű bor bizonyít.