Наличие разнообразных форм рельефа привело к образованию в пределах речного бассейна разнообразных видов почв. Лессовидные суглинки, как почвообразующая порода, на этой территории имеют подавляющее положение и распространенные почти повсеместно. На склонах балок и речных долин, а также в центральной части Донецкого кряжа, Приазовской возвышенности, где толща лессовидных пород смыта частично или полностью, сформировались дерновые почвы. Черноземы маломощные распространены по долине рек Кальмиус и Кальчик. Антропогенная деятельность привела к созданию техногенных почв. Это шахтные, карьерные и шлаковые отвалы, мусорники и технологические насыпи, рекультивированные и перемещенные почвы, что является источником интенсивного загрязнения подземного и поверхностного стока. Почвы Донецкой области поддаются влиянию водной и ветровой эрозии. Особенно сильно развитые эти процессы в районах Донецкого кряжа, где количество эродированных почв в хозяйствах нередко превышает 90% территории землепользования. Основная роль в своевременном обеспечении поступления влаги в реки бассейна Кальмиуса принадлежит почвам лесов и степей, которые служат посредниками между климатическими и гидрологическими процессами. Эти почвы до недавнего времени полностью могли поглощать и аккумулировать какое-нибудь количество осадков, которые выпали, снижая интенсивность таяния снегов весной и замедляя сток талых вод из водосборной площади. При этом поверхностный сток не превышал 10% объема осадков, которые поступают. Другие осадки транспортировались и накапливались в почвах, а в летний меженный период постепенно выносились на поверхность и питали реки.

Разорение почвенного слоя, вырубка леса изменили влажность и проницаемость почв, которые уже не в состоянии удерживать влагу. Происходит нарушение структуры почвы, разрушение его мелких агрегатных элементов, в почвах наблюдается падение содержания гумуса. Создаются условия для увеличения испарения влаги с поверхности почвы, нарушается механизм питания и пополнения подземных и поверхностных вод. В настоящее время в условиях хозяйственной деятельности на водосборной площади заиливание и умирание малых вод – прогрессирующий процесс. В периоды таяния снега и интенсивных дождей с прилегающих обрабатываемых территорий по склонам в заводь и русло рек с поверхностным стоком транспортируется огромное количество терригенного материала. Почвы и смежные сферы (донные осадки, поверхностные и подземные воды) в высокой мере загрязнены металлами. Согласно исследованиям Артемовской ГРЭ основными ингредиентами, которые накапливаются в почвах и донных осадках, являются соли тяжелых металлов таких как: ртуть, свинец, цинк, медь, хром, барий и др. Кроме промышленного загрязнения почв отмечается и загрязнение в результате сельскохозяйственной деятельности. В почвах происходит накопление нитратов и нитритов, пестицидов и гербицидов, которые в свою очередь являются причиной загрязнения подземных и поверхностных вод.