Der bis zu 20 km breite nördliche Oberrheingraben ist Teil eines großen Nord/ Süd gerichteten Senkungsgebietes. Die Absenkung des Grabens findet seit ca. 45 Mio. Jahren (Tertiär) bis in die Gegenwart statt. Die heutigen Senkungsbeträge liegen, z.B. in der Region um Darmstadt, bei 0,2-0,4 mm pro Jahr. Seit Beginn des Einbruchs füllte sich der Oberrheingraben im Laufe der Zeit mit bis zu 3000 m Sedimentgesteinen. Während des Quartärs, in dem überwiegend Kaltzeiten dominierten, schütteten die alten Flussläufe von Rhein, Main und Neckar diesen Senkungsbereich mit mehr als 300 m mächtigen Ton-, Sand- und Kiesschichten auf. Diese Sedimente enthalten eines der größten Grundwasservorkommen Hessens. Das Grundwasser ist in den Porenräumen der Kies- und Sandlagen gespeichert (Porengrundwasser) und wird durch zwischengeschaltete wenig wasserwegsame Tonlagen in mehrere Stockwerke gegliedert. Vor allem für den dicht besiedelten Ballungsraum Rhein/Main wird dieses Grundwasser intensiv genutzt. Da Sande und Kiese aber gleichzeitig begehrte Rohstoffe für die Bauwirtschaft sind, stehen Grundwassernutzung und Sand- / Kiesgewinnung in konfliktträchtiger Konkurrenz.
Neben den sandig-kiesigen quartären Ablagerungen, bedecken eiszeitliche Lössdecken, die im Verlaufe des Hochglazials durch Solifluktion für eine enormen Materialzufuhr in den Talräumen sorgten, die Gesteine des tieferen Untergrundes.
Eine 120 Meter dicke Schicht aus pleistozänen Rhein- und Neckarsedimenten als unterste Lage, wird im Bereich des Odenwaldrandes zunehmend mit Schuttkegelmaterial überdeckt.
Dieses Schuttkegelmaterial, das großteils aus umgelagertem Flugsanden besteht, wurde in den Tundrenzeiten dieser Region abgelagert.
Landschaftsbildenden Prozesse waren im Pleistozän, vor allem fluviatile Ablagerungen mit kurzzeitigen Erosionen und im Holozän, die Bildung der Rheinniederung, die Entstehung von Auelandschaften und die Verlandung von Altwasserarmen.