A superfície atual do poço Messel fica aproximadamente 60 m abaixo do terreno local e tem cerca de 0,7 km² de área. O leito de xisto betuminoso originalmente se estendeu a uma profundidade de 190 m. 47 milhões de anos atrás no Eoceno quando os depósitos de Messel se formaram, a área estava 10° mais ao sul do que está agora. O período foi logo após as Termas Paleoceno-Eocénicas Máximas, e o clima e a ecologia do local eram muito diferentes dos atuais. Uma grande série de lagos, cercados por exuberantes florestas subtropicais, suportava uma incrível diversidade de vida. O leito do lago Messel era provavelmente um ponto central para drenagem de rios e riachos próximos. Os depósitos de poços foram formados durante a época eocena do Paleogene, há cerca de 47 milhões de anos. Isto é baseado na datação de fragmentos de basalto sob os estratos fósseis.
O xisto betuminoso, formado pela lenta deposição anóxica de lama e vegetação morta no leito do lago, é a rocha primária do local.
Seus sedimentos se estendem por 130 m para baixo e ficam sobre uma antiga fundação de arenito. Os fósseis dentro do xisto mostram uma notável clareza e preservação devido às características únicas de depósito do lago.
As camadas superiores do lago tinham uma grande quantidade de vida, mas a inferior era anóxica. Como a água não era muito perturbada, pouco oxigênio chegava aos níveis mais baixos. Isto impediu que muitas espécies epifaunais (de fundo) e infaunais (enterradas) vivessem ali. É por isso que os corpos mortos foram tão pouco danificados. A derrubada das camadas do lago (causada por variações sazonais) reduziu o conteúdo de oxigênio perto da superfície e levou a uma "morte" periódica de espécies aquáticas. Combinado com uma taxa de deposição relativamente baixa (0,1 mm/ano), este foi um ambiente privilegiado para a preservação da fauna e da flora.
Liberação de gás vulcânico
A área ao redor do Messel Pit era geológica e tectonicamente ativa durante o Eoceno. A liberação de gás vulcânico poderia ser responsável pela grande deposição de espécies não aquáticas.
Os movimentos subterrâneos liberam grandes concentrações de gases reativos (tais como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio) no lago e ecossistemas adjacentes, matando organismos suscetíveis. Durante essas liberações, aves e morcegos poderiam ter caído se próximos à superfície do lago, e os terrestres poderiam ser sobrecarregados perto da margem do lago.
