Au Secondaire (-225 à –65MA)
La région est occupée par une mer peu profonde appelée Thethys.
Cette période est divisé en 3 systèmes : le Trias, le Jurassique et le Crétacé.

Le jurassique
Le Jura est recouvert d’une mer chaude peu profonde, comme l’indique les fossiles retrouvés dans les dépôts de marnes et de calcaire.
Les dinosaures se déplaçaient au bord de cette mer, d’une île à l’autre en laissant la trace de leur pas sur les plages dont certaines se sont fossilisées.

Le crétacé
La mer se retire progressivement ; elle persiste localement dans de rares dépressions.
Le jura devient un terre émergée sur laquelle l’érosion commence son œuvre.

Au Tertiaire (-54 à –2MA)
Le Jura se soulève et les sédiments se plissent sous la poussée des Alpes.
Le Jura devient une succession de monts (anticlinaux), de vals (synclinaux) et de failles orientées NE/SW.
L’Ain coule dans un de ces synclinaux.

Au Quaternaire
Un climat glaciaire s’installe sur le Jura, qui se recouvre d’une calotte glaciaire.
Plusieurs langues glaciaires poussent devant elles des moraines frontales.

En bordure du glacier dans plusieurs lacs, se déposaient des alluvions saisonnières (varves) marneuses formées par une alternance de couches claires et foncées.
Les eaux de fonte des glaciers forment des ruisseaux qui déposent leurs alluvions sous la forme d’un cône deltaïque bien représenté au niveau d’Orgelet.

En se retirant, les glaciers abandonnent sur place des dépôts morainiques formés de sable et de pierre de tailles très différentes.

Erosion
Une faille située au niveau de l’anticlinal de St Christophe a été élargie par le ruisseau sous-glaciaire au quaternaire ; c’est l’origine de la cluse de la Pyle.

Tout un réseau karstique de grottes, de gouffres et de galeries se met en place.