Zatoka Kalifornijska leży na północnym krańcu ogromnego podwodnego pasma górskiego zwanego Wzniesieniem Wschodniopacyficznym. Obraz bazowy zmodyfikowany z plakatu NOAA z 1996 roku, „Age of the Ocean Floor.”
Zatoka Kalifornijska leży na najbardziej na północ wysuniętym końcu ogromnego podwodnego pasma górskiego zwanego Wzniesieniem Wschodniopacyficznym, które rozciąga się na południowo-wschodnim Pacyfiku prawie do Antarktydy. Wzdłuż znacznej części tego pasma górskiego, lawa wypływa spod ziemi, powodując rozszczepienie skorupy ziemskiej i tworząc to, co geolodzy nazywają „centrami rozprzestrzeniania się”
Aktywne centra rozprzestrzeniania się są gorącymi siedliskami aktywności wulkanicznej. Powstałe podwodne wulkany rozprzestrzeniają lawę na dużych obszarach dna morskiego i tworzą rdzeń Wzniesienia Wschodniopacyficznego. Woda przesączająca się w dół do tych strumieni lawy jest podgrzewana, a następnie wznosi się z powrotem w kierunku dna morskiego, tworząc otwory hydrotermalne (gorąca woda) w dnie morskim. Dno Zatoki Kalifornijskiej jest pełne tych otworów, niektóre z nich tryskają wodą o temperaturze ponad 300 stopni Celsjusza.
Przez miliony lat, gdy skorupa wulkaniczna rozprzestrzenia się na zewnątrz po obu stronach aktywnego centrum rozprzestrzeniania się, skorupa zaczyna się ochładzać i zapadać. Czasami sąsiednie sekcje skorupy rozprzestrzeniają się na zewnątrz od centrum rozprzestrzeniania w różnym tempie. Powoduje to powstawanie pęknięć w dnie morskim pomiędzy sekcjami skorupy, pod kątem prostym do głównej osi centrum rozprzestrzeniania się. Geolodzy nazywają te pęknięcia „uskokami transformującymi”
Tuż na południe od Zatoki Kalifornijskiej, Wzniesienie Wschodniopacyficzne rozpada się na serię małych centrów rozprzestrzeniania się i uskoków transformujących. Ta ilustracja pokazuje przybliżone położenie niektórych z tych elementów. Strzałki pokazują względne ruchy skorupy ziemskiej w kilku centrach rozprzestrzeniania się i uskokach transformacyjnych (inne lokalizacje są podobne). (Mapa bazowa z Google Earth. Cechy tektoniczne zaadaptowane z Alvarez et al., Bathymetry and active geological structures in the Upper Gulf of California, Bol. Soc. Geol. Mex v.61 n.1, 2009)
Tuż na południe od ujścia Zatoki Kalifornijskiej, Wzniesienie Wschodniopacyficzne zmienia się z serii centrów rozprzestrzeniania się rozdzielonych uskokami transformacyjnymi na serię uskoków transformacyjnych rozdzielonych małymi centrami rozprzestrzeniania się. Uskoki transformacyjne tworzą zygzakowaty wzór pod dnem morskim Zatoki. Na północnym krańcu Zatoki pojedynczy duży uskok transformacyjny ciągnie się w kierunku północno-zachodnim, gdzie łączy się z systemem uskoku San Andreas.
Wzniesienie Wschodniego Pacyfiku jest „rozbieżną” granicą płyt, gdzie ogromne płyty skorupy ziemskiej (płyty) oddalają się od siebie. W pobliżu Zatoki Kalifornijskiej, względny ruch płyt zmienia się tak, że dwie płyty (płyta północnoamerykańska i płyta pacyficzna) poruszają się na boki, przesuwając się obok siebie. To właśnie ten ruch „na boki” spowodował powstanie wielu uskoków transformacyjnych w Zatoce, jak również systemu uskoków San Andreas w Kalifornii. Połączenie ruchu bocznego i rozprzestrzeniania się również otworzyło wiele głębokich, wydłużonych basenów w dnie morskim zatoki.
Zatoka Kalifornijska jest geologicznie młodym zbiornikiem wodnym, który wciąż się rozszerza i wydłuża. Prawdopodobnie uformowała się pięć lub dziesięć milionów lat temu, kiedy Baja California oddzieliła się od kontynentalnego Meksyku i zaczęła przesuwać się na północny zachód w górę wybrzeża Ameryki Północnej. Za około milion lat zatoka może rozciągnąć się na północ aż do kalifornijskiego Morza Salton. Niektórzy geolodzy spekulują, że Baja California i części południowej Kalifornii mogą w końcu oderwać się od stałego lądu całkowicie i stać się wyspą.
.