Itämeren allas on ollut olemassa 500-600 miljoonaa vuotta kallioperän painumana. Allas on siis melko vanha muodostuma Pohjois-Euroopan alueen kallioperässä. Nykyinen Itämeri on kuitenkin muodostunut vasta viimeisen jääkauden jälkeen. Se sai alkunsa, kun mannerjäätikön eteläreuna perääntyi nykyisen Itämeren altaan etelärannikon tienoille noin 15 000 vuotta sitten.
Jäätikkö muovasi pinnan muotoja
Noin 12 000 vuotta sitten jäänreuna oli linjalla Gotlanti – Viron pohjoisrannikko – Pietari. Jää vetäytyi Suomen eteläosan päältä 10 000-11 000 vuotta sitten. Heti tämän jälkeen myös asutus levisi sinne. Mannerjäätikön reuna saavutti Perämeren alueen noin 9 000 vuotta sitten. Jäätikön suuri massa aiheutti kallioperään suuren painauman, jonka hidasta palautumista kutsutaan maankohoamiseksi.
Ancylusjärvi
Jään sulaessa alkoi myös maankohoaminen sulkien yhteyden Pohjanmereen ja lopulta merestä tuli jälleen järvi. Näin muodostunut Ancylusjärvi syntyi nykyisen Itämeren alueelle noin 9 000 vuotta sitten.
Litorinameri
Tuhat vuotta myöhemmin valtamerten pinta nousi nopeasti jääkauden lopullisesti päättyessä. Yhteys valtamereen aukesi nykyisten Tanskan salmien kohdalta ja Ancylusjärvi muuttui vähitellen Litorinamereksi, joka on nimetty tällöin esiintyneen Littorina -suvun kotilon mukaan. Vedenvaihto valtameren kanssa oli laajan vesiyhteyden ansiosta tehokkaampaa kuin nykyisin ja Litorinameren suolapitoisuus oli nykytasoa korkeampi.
Limneameri
Fennoskandian kilven edelleen kohotessa yhteys valtamereen kutistui vähitellen nykyisiin mittoihin ja suolaisuus alkoi vähitellen laskea. Lymnea -suvun kotilon mukaan nimetyn Limneanmeren aika alkoi noin 4000 vuotta sitten ja suolaisuuden laskun myötä Itämeri saavutti nykyisen olemuksensa noin 2000 vuotta sitten, paitsi että maankohoaminen on muokannut Itämeren rantaviivaa tämänkin jälkeen ja tekee sitä edelleen.
