現在の日本列島は、主に付加体とよばれる海洋でできた堆積物からなっている。かつて日本付近はアジア大陸の端で、古生代には大陸から運ばれてきた砂や泥が堆積していた（現在の北陸北部、岐阜県飛騨地方、山陰北部など）。そこへ、はるか沖合で海洋プレートの上に堆積した珊瑚や放散虫などからなる岩石（石灰岩やチャート）が移動してきて、それが海溝で潜り込むときに、陸からの堆積物と混合しながらアジア大陸のプレートに押しつけられて加わった（付加）。この付加が断続的に現在まで続いたため、日本列島は日本海側から太平洋側に行くほど新しい岩盤でできている。

このようなメカニズムで大陸側プレートに海洋プレートが潜り込む中で、主にジュラ紀～白亜紀に付加した岩盤を骨格に、元からあった4～5億年前のアジア大陸縁辺の岩盤と、運ばれてきた古いプレートの破片などを巻き込みながら、日本列島の原型が形づくられた。この時点では日本はまだ列島ではなく、現在の南米のアンデス山脈のような状況だったと考えられる。その後、中新世になると今度は日本列島が大陸から引き裂かれる地殻変動が発生し、大陸に低地が出来はじめた。2100万～1100万年前にはさらに断裂は大きくなり、西南日本は長崎県対馬南西部付近を中心に時計回りに40～50度回転し、同時に東北日本は北海道知床半島沖付近を中心に、こちらは反時計回りに40～50度回転したとされる。これにより今の日本列島の関東～北海道は南北に、中部～沖縄は東西に延びる形になった。いわゆる「観音開きモデル説」である。そして、およそ1500万年前には日本海となるおおきな窪みが形成され、海が侵入してきて、現在の日本海の大きさまで拡大した。

こうして、不完全ながらも今日の弧状列島の形をして現れたのは、第三紀鮮新世の初め頃であった。その後も、特に氷河期の時などには海水準が低下するなどして、大陸と陸続きになることがしばしばあった。最後の氷期が終わり、マイナス約60mの宗谷海峡が海水面下に没したのは、更新世の終末から完新世の初頭、すなわち約1万3,000年から1万2,000年前であることから、ほぼこの時期に日本は、完全に大陸から離れてとしての現在の姿と環境を整えた事になる。