Základem pálavských kopců je bělostný vápenec, který vznikl z korálů a schránek živočichů usazených na dně druhohorních moří. Díváte se na kusy skal staré 150 milionů let. Geologové si s nimi dlouho lámali hlavu – pod vápenci totiž leží mnohem mladší třetihorní vrstvy. Jak je možné, že se starší vrstvy vápenců dostaly nad mladší usazeniny? Nakonec přišli na to, že tyto vápence (označované jako ernstbrunnské podle rakouského městečka, u nějž byly geology popsány) docestovaly až mnohem později, před „pouhými“ 16,5 miliony let. Přesunuly je sem obrovské síly, které vyvrásnily celé Alpy a Karpaty – utrhly obrovské bloky vápenců a posunuly je o více než 10 km západně na mladší vrstvy. 

Vrstvy ze dna moří

Těmi mladšími vrstvami jsou třetihorní jílovce, pískovce a slepence ždánické jednotky, dohromady označované jako flyšový příkrov (flyš znamená, že se vrstvy jednotlivých hornin se střídají). I tyto vrstvy se ukládaly na dně moří a jezer. Nejspodnější pochází z miocenního teplého moře, které před 16 miliony let obklopovalo Pálavu. V něm se na dně ukládaly písčité jíly. Podle přítomnosti valounů jurských vápenců v těchto sedimentech geologové usuzují, že v té době byly vápencové vrcholy Pálavy obnaženy a tak mohly být erodovány. 

Asi před 15 mil. lety došlo na východním úpatí Pálavy k výraznému poklesu podél geologických zlomů a ke vzniku tzv. vídeňské pánve, do níž vniklo tropické moře. V průběhu dalších 9 mil. let se na dně moře nahromadily až 3 km mocné vrstvy mořských, posléze jezerních sedimentů. Na území CHKO Pálava tak lze nalézt z tohoto geologického období sedimenty s množstvím ulit a lastur fosilních mořských měkkýšů a jiných vodních živočichů. Významná jsou naleziště na Mušlově nebo Kienbergu. Právě z tohoto důvodu byla lokalita Kienberg v roce 1995 vyhlášena za přírodní památku.

Z moře jezero

Asi před 13,5 miliony let ztratila vídeňská pánev kvůli horotvorným pohybům spojení se světovým oceánem a změnila se ve vnitrozemské brakické moře (brakická voda má koncentraci solí nižší než mořská voda, nejde ale o sladkou vodu), které se časem stalo zcela sladkým. V usazeninách z tohoto období se podařilo najít kosterní zbytky praslonů rodu Dinotherium, drápatého kopytníka Chalicotherium a prakoně Hipparion. Z období před 6 mil. lety se na území města Mikulova zachovaly říční a jezerní štěrky s bohatými zbytky zkamenělin savců. 

Ve čtvrtohorách se ukládaly vrstvy spraší (spraš je tvořen jemnými částicemi přinesenými větrem) a sutí s pohřbenými fosilními půdami. Chladné klima doby ledové způsobilo silné mrazové zvětrávání druhohorních vápenců a vedlo ke vzniku vápencových věží, osypů, půdotoků a svahových sedimentů na obvodu Pálavy. Na dně údolí, kterými občas protékaly řeky (dnes jsou tato údolí často suchá) se usazovaly říční sedimenty – různé valouny, štěrky i hlíny.

Různá odolnost jednotlivých hornin vůči zvětrávání a erozi spolu s měnícími se podmínkami byla základem pro vznik pestrého reliéfu, jaký známe dnes.