臺北盆地演化過程中有一系列重要的地質事件，包括山腳斷層的構造作用、大屯火山群的噴發與沉積作用、河系演育以及海水面升降的沉積作用。

上述事件的影響及於整個盆地，可以據此將盆地的演化分為6個階段，其中包括盆地尚未形成的先期階段，有關各階段之演化說明如下。

階段1

在山腳斷層尚未活動的更新世早期（44萬年以前），臺北盆地原為西部麓山帶的一部份，是第三系沉積岩構成的褶皺逆衝丘陵地帶（圖a; Teng et al., 2001; 王執明等,1978），丘陵前緣是切過林口台地最東緣的新莊逆掩斷層，走向大約呈南北向，位於山腳斷層略西側（林朝宗, 1981）。

階段2

在更新世晚期（約44萬年前），山腳斷層開始活動，新莊斷層向上逆衝的上盤轉為下滑，形成雛形的三角形臺北盆地（圖b）。古新店溪與古基隆河同時也轉向西北注入臺灣海峽北部，林口扇洲停止堆積（Teng et al., 2001）。

階段3

在44到18萬年之間（Chen et al., 1995; Wei et al., 1998），盆地西北角的五股、蘆洲到關渡平原一帶已經沉降到海平面附近，有古新店溪與古基隆河組成的河湖環境，累積了含有礫石的砂泥沉積層（圖c; 洪奕星等,2006； 陳文山等,2008；彭志雄等,1999；劉平妹等,2006）。

階段4

在約18萬年前，古淡水河的堆積環境曾經一度發生重大的變遷，當時大屯火山群發生大規模的火山泥流，堵塞盆地河系的出海口，造成臺北堰塞湖（圖d; Tsao et al., 2001; 鄧屬予等,2004）。這一堵塞事件約在16萬年前結束，古淡水河切穿關渡隘口，湖水流逝、面積縮小，盆地恢復原來的河湖沉積環境，直到約10萬年前（圖e）。

階段5

在10萬年前的上次冰期開始時，臺北盆地又經歷一次大規模的環境變遷（圖f）。當時全球海水面下降可達120公尺，古淡水河基準面隨之下降，溯源侵蝕加強，古三峽溪襲奪原先流往桃園台地的古大漢溪，在石門附近轉向東北進入臺北盆地，匯入古新店溪而造就了今日的淡水河系（Chen & Liu, 1991; Teng, 2001; 洪奕星等,2006； 陳文山等,2008）。當時河流搬運力（capacity）與最大負載力（competence）都大增，在盆地中形成沖積扇與巨礫為主的沉積層。

階段6

在現今的間冰期開始（1.8萬年前）以來，快速上升的海水湧入臺北盆地，形成一個廣闊的內陸海灣，潮水出入僅能依靠狹隘的關渡口（圖g; Liew et al., 1997; Teng et al., 2000; 王執明等,1978；洪奕星等,2006; 許誠 ,1992）。在約8千年前海水達到入侵最高潮（Teng et al., 2000; 許誠, 1992; 陳文山等, 2008），爾後逐漸退出盆地，陸相河湖沉積環境再度廣泛重現盆地之中（圖g），現今潮汐仍影響淡水河系的水位，隨著潮汐的日月週期而升降（張瑞津等, 1989）。

湖水消退，形成現今臺北盆地地形樣貌

湖泊環境約在8千年前到達最高點，此時沉積之松四層之空間分布最為寬廣；爾後湖水逐漸消退出臺北盆地，重現陸相河湖沉積環境，沉積之松五層及松六層，主要河流所造成之沉積物，分布深度則約在深度20m之內，為影響土壤液化最關鍵之次層。