Κατά την Τριασική περίοδο, πριν από 200 περίπου εκατομμύρια χρόνια όλες οι ήπειροι ήταν ενωμένες σε μία υπερήπειρο, την Παγγαία, που βρεχόταν από τον Ωκεανό της Τηθύος.
Την εποχή αυτή ένα μεγάλο μέρος της κεντρικής και βόρειας Ελλάδας, από τη σημερινή Αλβανία και την πρώην Γιουγκοσλαβία μέχρι νότια στη Ναύπακτο και τη Λαμία, σκεπαζόταν από έναν ολόκληρο ωκεανό, τον λεγόμενο ωκεανό της Πίνδου.
Στο βυθό αυτού του ωκεανού βρίσκονταν τέσσερα υποθαλάσσια ηφαίστεια, τα οποία έμοιαζαν περισσότερο με ρήγματα, που είχαν στις παρυφές τους κρατήρες. Μετά από εκρήξεις των ηφαιστείων αυτών, αναδύθηκαν τα σημερινά βουνά του Κόζιακα, της Όθρυος, της Οίτης και του Καλλιδρόμου και ο ωκεανός της Πίνδου σταδιακά εξαφανίστηκε πριν από 84 εκατομμύρια χρόνια.
Κατά τη διάρκεια του Καινοζωικού Αιώνα και συγκεκριμένα από την Ηώκαινο (πριν από 34 εκατομμύρια χρόνια) μέχρι τη Μειόκαινο Εποχή (πριν από 5 εκατομμύρια χρόνια) δημιουργήθηκαν εξαιτίας έντονων τεκτονικών διεργασιών στον ελληνικό χώρο τρεις αύλακες-τάφροι, τρία δηλαδή επιμήκη αυλακοειδή βυθίσματα: του Έβρου, του Αξιού και η Μεσοελληνική, που πληρώθηκαν με μολασικά ιζήματα. Η σπουδαιότερη από τις αύλακες αυτές ήταν η Μεσοελληνική αύλακα, με μήκος 160 χιλιόμετρα, πλάτος 60 χιλιόμετρα και διεύθυνση ανάπτυξης από βορειοδυτικά προς νοτιοανατολικά. Άρχιζε από την περιοχή της Αλβανίας και επεκτεινόταν προς νότο στις περιοχές Καστοριάς, Γρεβενών και Καλαμπάκας. Ήταν σημαντικού πάχους με γενικά χαρακτηριστικά θαλάσσιας και ποταμοχειμάρριας φάσεως.
Στην αύλακα αυτή είχαμε κατά την Κατώτερη Μειόκαινο Εποχή (πριν από 25-18 εκατομμύρια έτη) την απόθεση υλικών, δελταϊκών, κροκαλοπαγών, ψαμμιτών και μαργών, σε πάχος περίπου τριών έως πέντε χιλιομέτρων. Το σύνολο των υλικών αυτών, τα οποία αποτέθηκαν σε θαλάσσιο, ποτάμιο, λιμναίο ή τελματικό περιβάλλον προς το τέλος της ορογενετικής διαδικασίας είναι γνωστά με το γεωλογικό όρο «μολάσα».3 Από το υλικό αυτό δημιουργήθηκαν οι μετεωρίτικοι βράχοι.
Στην περιοχή που σήμερα βρίσκονται τα Μετέωρα, σύμφωνα με την επικρατέστερη θεωρία του γερμανού γεωλόγου-γεωγράφου Alfred Philippson, σχηματιζόταν το δέλτα ενός ποταμού (Πηνειού) που κατέβαινε από τη Δυτική Μακεδονία, μεταφέροντας φερτά υλικά και αποθέτοντάς τα στο σημείο αυτό, όπου ξεκινούσε μια μεγάλη λίμνη, που κάλυπτε με το νερό της όλη τη Θεσσαλία. Όταν μετά από τεκτονικές διεργασίες άνοιξε μια δίοδος στα Τέμπη και άρχισε το νερό της λίμνης να χύνεται στο Αιγαίο Πέλαγος, αποκαλύφθηκαν στην περιοχή των Μετεώρων μεγάλοι λόφοι που είχαν σχηματιστεί από τα φερτά υλικά.
Στη συνέχεια, λόγω της συνεχιζόμενης τεκτονικής δραστηριότητας παρατηρήθηκε βύθιση του πυθμένα της λεκάνης (σημερινή πεδιάδα Θεσσαλίας) σε συνδυασμό με τη διάβρωση των παρακείμενων λόφων, κυρίως εξαιτίας τρεχούμενων υδάτων και δευτερευόντως λόγω της αιολικής επιρροής. «Η αιολική διάβρωση διαδραμάτισε δευτερεύοντα ρόλο στη σημερινή μορφολογία των Μετεώρων. Συντέλεσε όμως στην δημιουργία σπηλαιωδών σχηματισμών, λόγω στροβιλισμού των διαφόρων υλικών εντός αυτών, με τη δράση του ανέμου.»
Έτσι προέκυψαν τα βράχια των Μετεώρων, που αποτελούνται από συμπαγείς σχηματισμούς κροκαλών (κροκαλοπαγή) και ψαμμιτών ποτάμιας προέλευσης, οργανωμένων σε επάλληλα στρώματα με κλίση από βορρά προς νότο, που έχουν συγκολληθεί με τη βοήθεια του ανθρακικού ασβεστίου και παρουσιάζονται συμπαγή και συνεκτικά. Από μακριά ξεχωρίζουν ως παράλληλες γραμμώσεις στις πλευρές των βράχων.
«Η φυσική ιστορία των βράχων των Μετεώρων είναι τόσο ενδιαφέρουσα για τον ορυκτολόγο, όσο και το γραφικό σκηνικό για τον ζωγράφο. Αποτελούνται αποκλειστικά από κροκάλες, τα συστατικά θραύσματα των οποίων είναι στο μεγαλύτερο ποσοστό μικρά και φαίνεται πως ανήκουν στην κατηγορία των πρωτογενών βράχων. Εξετάζοντας τα θραύσματα αυτά, βρήκα ανάμεσά τους γρανίτη, κόκκινο και άσπρο άστριο, γνεύσιους, μαρμαρυγιακό σχιστόλιθο, χλωριτικό σχιστόλιθο, σιενίτη, κρυστάλλους χαλαζία κ.λπ., τα περισσότερα από τα οποία δείχνουν να έχουν διαβρωθεί από νερό ή με κάποιον άλλο τρόπο. Η βάση των κροκαλών φαίνεται πως είναι τα ίδια θραύσματα σε πιο θρυμματισμένη μορφή, ενώ ο βράχος στην γενική του μορφή έχει σκούρα γκρι απόχρωση σιδήρου».
Ιστορικά στοιχεία (Αρχαίες μαρτυρίες)
Και οι αρχαίοι Έλληνες συγγραφείς συμφωνούν με τις παραπάνω απόψεις για τη δημιουργία του γεωτοπίου των Μετεώρων. Ο Ηρόδοτος (7, 129) αναφέρει πως η Θεσσαλία παλιά ήταν λίμνη, κλεισμένη γύρω γύρω από ψηλά βουνά, στην οποία είχαν τις εκβολές τους πέντε ποταμοί. Μετά από κάποιον σεισμό, ανοίχθηκε μια δίοδος, και το νερό της λίμνης χύθηκε στη θάλασσα.
Παρόμοιες απόψεις παραδίδει και ο Στράβωνας (9, 5, 2). Αναφέρει ότι η «ἐριβῶλαξ» (=εύφορη) θεσσαλική χώρα παλιά ήταν μια εκτεταμένη λίμνη με υψηλές βραχώδεις ακτές κι ότι μετά από σεισμό άνοιξε κάποιο ρήγμα στα Τέμπη κι ο Πηνειός χύθηκε στη θάλασσα, μετατρέποντας έτσι τη λίμνη σε εύφορη πεδιάδα.
Ανάμνηση των συγκλονιστικών γεωλογικών μεταβολών που θα έγιναν στη Θεσσαλία, και εξαιτίας των οποίων σχηματίστηκαν και οι βράχοι των Μετεώρων, έχουμε στους μύθους της γιγαντομαχίαςκαθώς και στο γεγονός ότι ο Ποσειδών, που κατά τον Πίνδαρο στη Θεσσαλία λεγόταν πετραῖος, είχε την έδρα του στην κοιλάδα των Τεμπών.