За геологічними і геофізичними даними в історії формування Чорного моря виділяють чотири протяжних етапи:
Пізня юра — рання крейда
Пізня крейда — еоцен
олігоцен — міоцен
пліоцен — антропоген
Історично (з погляду геології) Чорним морем вважають басейн, що залишився після колишнього середньоєвразійського моря Тетіди (Тетіс), яке існувало з кінця палеозойської ери до середини третинного періоду. В процесі альпійських горотвірних рухів, що відбувалися в треторяді, море Тетіди поділилося на низку басейнів. Одним з них був Понтус, що простягався від Молдови на заході до Аральського моря на сході. Наприкінці третинного періоду він відокремився від Каспійського моря і скоротився до обсягу теперішнього Чорного моря.
Впродовж льодовикової доби плейстоценської епохи рівень моря піднявся і мав кілька разів зв'язок з Середземним і Каспійським. Однак за польодовикового часу, площа його скоротилася, воно опріснилося (за рахунок танення льодовиків та слабкого випаровування через низькі температури) й понизилося нижче рівня океану. 6-8 тисяч років потому, утворилася Босфорська протока. Солоні води Середземного моря влилися до Чорного й наповнили його басейн. Вони знищили прісноводну фауну і на її місці виникла солоноводна фауна Середземного басейну. Внаслідок підвищення рівня, вода затопила нижчі частини річкових долин й утворила лимани.
