L'isola di Pianosa è una piccola porzione emersa di una dorsale sottomarina che a partire dallo Scoglio Africa (alcune miglia ad W di Montecristo) si allunga con direzione NS chiudendosi poche miglia ad E dell'Isola di Capraia (Fig. 1 - clicca sull'immagine per ingrandirla).
Questa struttura, cui viene dato il nome di Dorsale o Altofondo di Pianosa, divide qui il Bacino Tirrenico in due parti: quello compreso fra la dorsale e la Corsica, che raggiunge gli 800m di profondità e quello fra la dorsale e il continente con profondità massime di 400m.
I depositi più antichi affiorano lungo la falesia del versane occidentale (Marina del Marchese e Golfo della Botte) e meridionale (Cala della Ruta) e sono di età miocenica (Fig. 2 - clicca sull'immagine per ingrandirla). L'unità più antica è la Formazione di Marina del Marchese, di età burdigaliana; quella più recente è la Formazione di Golfo della Botte, di età Tortoniano superiore - Messiniano.
La prima è caratterizzata da uno spessore affiorante di circa 150 m di marne-argillose in facies torbiditica di piattaforma esterna; la seconda è contraddistinta da circa 300 m di depositi argilloso-sabbiosi (conglomeratici nella porzione superiore) depostisi dapprima in ambiente lacustre e poi in uno con acque salmastre o marine costiere.
Le due formazioni mioceniche sono discordanti e fra esse è presente una lacuna stratigrafica che abbraccia l'intervallo Burdigaliano superiore - Tortoniano inferiore.
Durante questo intervallo si sarebbe realizzato un sollevamento dei depositi burdigaliani e un successivo sprofondamento seguito dalla deposizione della Formazione di Golfo della Botte.
Sopra le formazioni mioceniche poggia, in marcata discordanza angolare (Fig. 3 - clicca sull'immagine per ingrandirla), la Formazione di Pianosa, che costituisce quasi per intero l'isola. Questa formazione è costituita da poche decine di metri di biocalcareniti, con assetto da sub-orizzontale a fortemente clinostratificato, ricche in fossili, con in particolare Molluschi ed Alghe, ma anche Briozoi, Echinidi, resti di Crostacei e Pesci.
Le caratteristiche sedimentarie e le associazioni fossilifere testimoniano di una deposizione in ambiente marino di piattaforma interna. Nella Formazione di Pianosa sono riconoscibili due unità sedimentarie: una inferiore di età Pliocene Medio e una superiore del Pliocene superiore? - Pleistocene inferiore.
L'ultima fase a deposizione marina è rappresentata dalla "Panchina" tirreniana (Fig. 4 - clicca sull'immagine per ingrandirla) a giacitura orizzontale, di un paio di metri di spessore, molto ricca in fossili, fra cui Conus testudinarius, Strombus bubonius (Fig. 5 - clicca sull'immagine per ingrandirla) e Patella ferruginea, le cui quote di affioramento variano tra i 4 e i 6 m s.l.m.
Sempre di età tirreniana sono le tracce di organismi litodomi rinvenibili in vari settori della costa alla quota massima di circa 6m e le spianate di erosione a 2-3 m s.l.m.
Depositi più recenti di quelli tirreniani, di ambiente continentale, si riconoscono lungo ampi tratti del perimetro costiero. Si tratta di sabbie a matrice marnoso-argillosa, con alla base una breccia o, a volte, un paleosuolo. Questi depositi sono riferiti all'ultimo periodo glaciale e spesso poggiano su quelli tirreniani preservandoli dall'erosione. Attualmente sono in parte sommersi e la loro giacitura è spesso inclinata, come quella del pendio.
Brecce monogeniche eterometriche, ad elementi anche di dimensioni metriche immersi in matrice marnoso-sabbiosa rossa, sono anch'essi comuni lungo la costa, vicino a piccoli promontori rocciosi isolati. Immersi nella matrice si rinvengono rari resti di vertebrati e numerosi gusci di gasteropodi polmonati, fra cui Helix è il più comune. Tali brecce sono accumuli istantanei dovuti a crolli di ambienti carsici ipogei.
Altri depositi rappresentano il riempimento di grotte e cavità. Si tratta di argille-sabbiose di color rosso frequentemente ricche in resti fossili di gasteropodi polmonati e di vertebrati (Bos primigenius, Capreolus capreolus, Cervus elaphus, Equus caballus, Equus hydruntinus, Ursus arctos, Vulpes vulpes), in alcuni casi, di resti dell'industria litica o di manufatti prevalentemente neolitici.
La presenza di associazioni a vertebrati relativamente ricche e diversificate è una ulteriore prova della vasta continentalizzazione dell'area dell'Arcipelago Toscano in alcuni momenti dell'ultimo periodo glaciale, quando il livello del mare sarebbe sceso di oltre 100 m rispetto all'attuale.
Questo abbassamento avrebbe consentito l'emersione della Dorsale di Pianosa e quindi il collegamento con l' isola d'Elba e di quest'ultima con il continente (Fig. 6 - clicca sull'immagine per ingrandirla).
Attualmente i processi deposizionali sull'isola sono dati soltanto da modesti accumuli colluviali.
