Karadeniz, pasif kıta kenarı olan Anatolitler ile aktif kıta kenarı olan Pontitlerin çarpışması sonucunda gelişen dalma batma olayı etkisiyle aktif olmayan yay ardı havza olarak geç Kretasede açılmaya başlamıştır. Paleosen Eosen sürecinde de Karadeniz açılmaya devam etmiştir. Anadolu yarımadası ise Oligosen döneminde jeolojik olarak ortaya çıkmaya başlamıştır.
Miyosen döneminde Tetis okyanusunun kapanması sonucu Karadeniz’in dünya denizleriyle bağlantısı kesilmiş, sığ ve kapalı bir iç deniz haline gelmiştir. Günümüzde Karadeniz’in kuzeyinde ve batısında bulunan şelf alanları (karaları çevreleyen 200 metre derinliğe kadar olan sığ deniz alanları) o dönemde su üzerinde kalan kara alanlarıydı. Aşağıda, günümüzdeki Karadeniz’in taban batimetrisi haritasında kuzey ve batısındaki şelf alanları ile son buzul dönemi sonunda olası şeklini gösteren haritalar verilmiştir. Son buzul dönemi haritasında Akdeniz’in suları ile bağlantısını sağlayan nehir ile sonradan Karadeniz’e dönüşecek olan Büyük Öksin Gölü görülmektedir.
İleri sürülen bir görüşe göre, son buzul döneminde göl olan Karadeniz yaklaşık 9400 yıl önce Akdeniz sularının istilasına uğrayarak günümüzdeki konumuna kavuşmuştur. Bu görüş, sadece bilimsel açıdan değil mitolojik ve din tarihi açısından da çok tartışılmaktadır.
Bazı bilim adamları tarafından yapılan çalışmalarda ise son buzul dönemi sırasında Karadeniz’in su seviyesinin günümüzdeki düzeyinden 100 m daha düşük olduğu ve son deniz düzeyi yükseliminin günümüzden yaklaşık 7200 yıl önce başladığı ileri sürülmektedir. Bu görüşe göre “Karadeniz şelfi Akdeniz suları tarafından çok ani ve hızlı bir şekilde dolarak tuzlanmıştır. Böylece o dönemde Karadeniz şelfi üzerinde yaşayan insanlar da su seviyesinin ani yükselmesi sonucunda bu alanı terk etmiş ve mitolojide ile din kitaplarında değinilen “Nuh Tufanı” efsanesinin ortaya çıkmıştır” diye görüş belirtmekteler.
Öte yandan daha yakın dönemlerde Karadeniz, İstanbul Boğazı Marmara Denizinde yapılmış olan çalışmalardan elde edilen bazı sonuçlar yukarıda ileri sürülen teoriyle çelişmektedir. Bu görüşe göre, Akdeniz Karadeniz birleşmesinde rol oynayan İstanbul Boğazı günümüzden 5300 yıl önce açılmıştır. Bu durumda, daha önceki dönemlerde gerçekleştiği değerlendirilen Nuh Tufanının gerçekleşebilmesi için boğazlar dışında başka suyolları tarafından Karadeniz’e su akışının olması gerekmektedir.
Benzer şekilde yine yakın dönemde yapılan başka çalışmalara göre, son buzul döneminin ardından yukarıdaki görüşlerin aksine yükselen Karadeniz suları Marmara Denizi’ne boşalmıştır. Bu görüşe göre dünyadaki son buzul dönemini izleyen ısınma döneminin sonundaki kısa bir soğuma döneminde deniz seviyelerinde bir düşme meydana gelmiş ve o dönemde kapalı bir deniz olduğu için su seviyesi yüksek olan Karadeniz suları Marmara Denizi’ne akmıştır. Bu görüş de Nuh Tufanı efsanesinin geçersiz olduğunu ortaya koymaktadır.
