Kira-kira 250 juta tahun yang lalu sebagian besar kerak benua di Bumi merupakan satu massa daratan yang dikenal sebagai Pangea. Kemudian, kira-kira dua ratus juta tahun yang lalu selama Periode Trias, Pangea terpecah menjadi dua benua besar yaitu Laurasia, yang sekarang terdiri dari Amerika Utara, Eropa, sebagian Asia Tengah dan Asia Timur; dan Gondwana yang terdiri dari Amenka Selatan, Afrika India, Australia dan bagian Asia lainnya. Bagian-bagian dan dua benua besar ini kemudian terpecah-pecah, hanyut dan bertubrukan dengan bagian lain.
Interpretasi yang terbaru didasar kan pada distribusi berbagai pecahan yang disebut "terranes", yang memiliki sejarah geologi yang berlainan. Untuk menentukan letak Jawa dan Bali dengan tepat pada peta Pangea hampir mustahil. Pertama, karena penanggalan terhadap batuan sangat sedikit. Kedua karena mungkin bentuk jawa tidak ada sebelum Kala Miosen, dan Bali barangkali baru muncul di atas permukaan laut kira-kira tiga juta tahun yang lalu.
Kira-kira 250 km ke arah selatan jawa dan Bali adalah Palung jawa yang sangat dalam. Di bagian selatan palung ini merupakan bagian dan suatu dangkalan yang dikenal sebagai Dangkalan Indo-Australia, yang terbentuk di bagian dalam samudera di sebelah selatan India dan Australia, dan membentuk pecahan antara Antartika dan Australia.
Pergerakan dangkalan ini ke arah utara terus berlangsung sampai sekarang dengan laju 6 cm/tahun. Pergerakan ini mendesak Dangkalan Sunda dimana Asia Tenggara berada, dan selama berjuta-juta tahun daya yang dihasilkan oleh gerakan ini melipat lapisan-lapisan sedimen tua membentuk deretan pegunungan.
Dangkalan Indo-Australia masuk ke bawah Dangkalan Sunda di sepanjang Palung Jawa, dan selip mendadak yang kadang-kadang terjadi akibat gesekan antara dua dangkalan ini menimbulkan gempa bumi, sedangkan panas yang dihasilkan dari gesekan dua dangkalan ini membentuk kantung-kantung batuan yang mencair di bawah tekanan tinggi. Kantung-kantung ini dapat bocor ke permukaan dan membentuk gunung berapi.
Walaupun batuan vulkanik cukup dominan, daerah sedimentasi juga cukup luas. Luas utama bagian utara dan selatan sedimen moderen yang berasal dari erosi gunung-gunung baru mengendap di atas sedimen tua yang terangkat ke atas karena gerakan yang dahsyat di bawah batuan yang meleleh.
Namun tidak semua batuan sedimen merupakan hasil erosi, karena terdapat daerah batu kapur yang berasal dari suatu masa ketika organisme pembentuk terumbu karang tumbuh subur yang kemudian terangkat ke atas. Misalnya daerah perbukitan kapur di Padalarang Bandung.
Seluruh dataran aluvial di bagian utara Jawa sudah terbentuk dalam waktu 8.000 tahun terakhir, yaitu ketika permukaan laut turun 5-6 m. Dataran ini terbentuk, sebagian karena kipas-kipas aluvial dari limpahan gunung berapi dan sebagian karena dataran pasca-Pliosen yang terangkat ke atas. Proses-proses ini terus berlang- sung sampai sekarang.