L'attuale superficie del pozzo di Messel è approssimativamente 60 m sotto il terreno locale e ha un'area di circa 0,7 km². Il letto di scisti bituminosi si estendeva originariamente a una profondità di 190 m. 47 milioni di anni fa, nell'Eocene, quando si formarono i depositi di Messel, la zona era 10° più a sud di adesso. Il periodo era appena dopo il massimo termico del Paleocene-Eocene, e il clima e l'ecologia del sito erano molto diversi da oggi. Una grande serie di laghi, circondati da lussureggianti foreste sub-tropicali, sosteneva un'incredibile diversità di vita. Il letto del lago Messel era probabilmente un punto centrale per il drenaggio dei fiumi e dei torrenti vicini. I depositi della fossa si sono formati durante l'epoca eocenica del periodo Paleogene circa 47 milioni di anni fa. Questo si basa sulla datazione dei frammenti di basalto sotto gli strati fossili.
Gli scisti bituminosi, formati dalla lenta deposizione anossica di fango e vegetazione morta sul letto del lago, sono la roccia principale del sito.
I suoi sedimenti si estendono per 130 m verso il basso e si trovano in cima a una base di arenaria più antica. I fossili all'interno dello scisto mostrano una chiarezza e una conservazione notevoli dovute alle caratteristiche deposizionali uniche del lago.
Gli strati superiori del lago avevano una grande quantità di vita, ma il fondo era anossico. Poiché l'acqua non era molto disturbata, poco ossigeno arrivava ai livelli inferiori. Questo impediva a molte specie epifaunali (che vivono sul fondo) e infaunali (che scavano) di vivere lì. Questo è il motivo per cui i corpi morti erano così poco danneggiati. Il ribaltamento degli strati del lago (causato dalle variazioni stagionali) abbassava il contenuto di ossigeno vicino alla superficie e portava ad una periodica "morte" delle specie acquatiche. Combinato con un tasso di deposizione relativamente basso (0,1 mm/anno), questo era un ambiente privilegiato per la conservazione della fauna e della flora.
Rilascio di gas vulcanici
L'area intorno alla fossa di Messel era geologicamente e tettonicamente attiva durante l'Eocene. I rilasci di gas vulcanici potrebbero spiegare la grande deposizione di specie non acquatiche.
Gli spostamenti sotterranei hanno rilasciato grandi concentrazioni di gas reattivi (come l'anidride carbonica e il solfuro di idrogeno) nel lago e negli ecosistemi adiacenti, uccidendo gli organismi suscettibili. Durante questi rilasci, uccelli e pipistrelli potrebbero essere caduti se vicini alla superficie del lago, e i terrestri potrebbero essere travolti vicino alla riva del lago.
