海南岛中已知的最早的地层年龄是18亿年，但海南岛的形成却在六千五百万年前。
关于海南岛的形成，有不同的说法。权威的说法是：海南岛本与大陆相连，大概在6500万年前，由于在北部发生断陷形成琼州海峡，与大陆分离，屹立南海，成为我国第二大岛。
海南岛与大陆相连时，也几经沉浮，时而在海水下，时而露出海面。沧海桑田，地壳变迁。经历了构造运动、岩浆活动、沉积作用和成矿作用等，形成今日壮丽的山川和海湾景色。
海南岛北部处在雷琼断陷，自6500万年新生代以来，火山喷发活动频繁，4000多平方公里内全是火山岩分布，火山口三五成群，熔岩隧道纵横交错，形成了奇特的火山地貌景观。
五指山是由1．4亿年早白垩纪中酸性火山岩喷发构成的高大山体，延绵不断的热带雨林，是万泉河和昌化江的发源地。
在4．4亿年前，七仙岭一带为汪洋大海，后在中生代燕山期造山运动中，隆起为陆，并褶皱成山体。由于七仙岭地处“尖峰———吊罗大断裂带”上，所以有多处自喷温泉。
海南岛有独特的山岳奇峰、火山地貌、岩溶景观、瀑布、温泉和地震遗迹；还有1500多公里的海岸线，众多沙白水平的海湾、沙滩、珊瑚礁石和海蚀地貌。
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海南岛原来是中国大陆向南延伸的一部分，因接近世界两大火山地震带的交汇处，地壳十分活跃。
早在1亿多年前，亚洲的东部发生了一系列大规模的地壳运动，国际上称为“印支运动”或“燕山运动”，我国东部大规模褶皱隆起。同亚洲大陆连成一体的海南岛，由于地下岩浆沿着地壳的破裂带不断侵入和喷出，海形成了中南部高耸的五指山、黎母岭等山地。
到了1000多万年以前，在亚洲的南部又发生一次剧烈的"喜马拉雅运动"，青藏高原高高隆起，其他地区则也发生了大规模的差别升降。
海南岛的北部和雷州半岛随之出现了断陷和火山喷发，继而伴有大规模的海侵，整个琼雷断陷区变成了一片汪洋，唯有海南岛中南部山地高出海面而成为一个孤岛。又到了200-300万年前，地质史上称为"新生代第四纪"，全球气候变冷，出现了广泛的大规模的冰川活动，地质界称之为"第四纪冰期"。在这历时百万年之久的大冰期中，随着它的"亚冰期"和"间冰期"的交替出现，海南岛与大陆之间曾出现过断了又连、连了又断的多次反复。
每当亚冰期来临，气候变冷，冰川扩大，海水后退，陆地延伸，南海缩小，海南岛便与大陆相连。到了间冰期，气候转暖，冰川消融，海面升高，发生海侵，海南岛又与大陆分离。每次海侵和海退，琼雷断陷低地便成为北部湾与南海之间海水出入的捷径。
这里的地层，经历了多次断裂活动和频繁的火山喷发，变得非常脆弱，经不起快速海流的长期冲刷，于是在琼雷之间形成了一道海蚀深槽，深槽的两头又冲积形成大面积的水下三角洲。这道深槽，就是今天琼州海峡的雏形。
尽管在经历了冰后期海侵高峰之后，海面曾不断下降，陆地亦不断上升，然而，由于这道南北宽20-40公里，东西长80-100公里，海水深度达100-140米的琼州海峡的阻隔，海南岛再也不能与大陆相连，只好孤悬殊海外了。
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