El Golfo de California se encuentra en el extremo norte de una inmensa cordillera submarina llamada East Pacific Rise. Imagen base modificada del póster de la NOAA de 1996, «Age of the Ocean Floor»

El Golfo de California se encuentra en el extremo septentrional de una inmensa cordillera submarina llamada East Pacific Rise, que se extiende por el sureste del Océano Pacífico casi hasta la Antártida. A lo largo de gran parte de esta cordillera, la lava brota desde abajo, haciendo que la corteza terrestre se separe y formando lo que los geólogos llaman «centros de propagación»

Los centros de propagación activos son focos de actividad volcánica. Los volcanes submarinos resultantes esparcen lava a través de grandes áreas del fondo marino y forman el núcleo de la elevación del Pacífico Oriental. El agua que se filtra en estos flujos de lava se calienta y vuelve a subir hacia el fondo marino, formando respiraderos hidrotermales (de agua caliente) en el suelo marino. El suelo del Golfo de California está lleno de estos respiraderos, algunos de los cuales arrojan agua a más de 300 grados centígrados.

A lo largo de millones de años, a medida que la corteza volcánica se extiende hacia fuera a ambos lados de un centro de extensión activo, la corteza comienza a enfriarse y a hundirse. A veces, secciones adyacentes de la corteza se extienden hacia fuera desde un centro de extensión a diferentes velocidades. Esto hace que se formen grietas en el fondo marino entre las secciones de la corteza, en ángulo recto con el eje principal del centro de extensión. Los geólogos denominan a estas grietas «fallas de transformación»

Justo al sur del Golfo de California, el East Pacific Rise se divide en una serie de pequeños centros de extensión y fallas de transformación. Esta ilustración muestra la ubicación aproximada de algunas de estas características. Las flechas muestran los movimientos relativos de la corteza en algunos centros de extensión y fallas de transformación (otras ubicaciones son similares). (Mapa base de Google Earth. Rasgos tectónicos adaptados de Álvarez et al., Bathymetry and active geological structures in the Upper Gulf of California, Bol. Soc. Geol. Mex v.61 n.1, 2009)

Justo al sur de la boca del Golfo de California, el East Pacific Rise pasa de ser una serie de centros de propagación separados por fallas de transformación a una serie de fallas de transformación separadas por pequeños centros de propagación. Las fallas de transformación forman un patrón en zigzag bajo el fondo marino del Golfo. En el extremo norte del Golfo, una única y gran falla de transformación continúa hacia el noroeste, donde se conecta con el sistema de la Falla de San Andrés.

La Subida del Pacífico Oriental es un límite de placa «divergente», en el que enormes losas de la corteza terrestre (placas) se alejan unas de otras. Cerca del Golfo de California, el movimiento relativo de las placas cambia de modo que las dos placas (la Placa de América del Norte y la Placa del Pacífico) se mueven lateralmente, deslizándose una junto a la otra. Este movimiento «lateral» es el que ha creado las numerosas fallas de transformación en el golfo, así como el sistema de fallas de San Andrés en California. La combinación del movimiento lateral y la propagación también abrió muchas cuencas profundas y alargadas en el fondo marino del golfo.

El Golfo de California es una masa de agua geológicamente joven que sigue creciendo y alargándose. Probablemente se formó hace cinco o diez millones de años, cuando la Baja California se separó de México continental y comenzó a desplazarse hacia el noroeste por la costa de Norteamérica. Dentro de un millón de años aproximadamente, el golfo podría extenderse hacia el norte hasta el Mar de Salton, en California. Algunos geólogos especulan que Baja California y partes del sur de California podrían llegar a separarse totalmente del continente y convertirse en una isla.