Messel çukurunun mevcut yüzeyi yerel arazinin yaklaşık 60 m altındadır ve yaklaşık 0,7 km²'lik bir alana sahiptir. Petrol-şeyl yatağı başlangıçta 190 m derinliğe kadar uzanıyordu. 47 milyon yıl önce Eosen'de Messel yatakları oluştuğunda, bölge şimdikinden 10° daha güneydeydi. Bu dönem Paleosen-Eosen Termal Maksimum'dan hemen sonraydı ve bölgenin iklimi ve ekolojisi bugünkünden çok farklıydı. Yemyeşil sub-tropikal ormanlarla çevrili geniş bir göller dizisi inanılmaz bir yaşam çeşitliliğini destekliyordu. Messel göl yatağı muhtemelen yakındaki nehir ve derelerden gelen drenaj için bir merkez noktasıydı. Çukur birikintileri yaklaşık 47 milyon yıl önce Paleojen döneminin Eosen çağında oluşmuştur. Bu, fosil taşıyan tabakaların altındaki bazalt parçalarının tarihlendirilmesine dayanmaktadır.
Göl yatağındaki çamur ve ölü bitki örtüsünün yavaş anoksik birikimiyle oluşan petrollü şeyl, sahadaki birincil kayadır.
Sedimanları 130 m aşağıya doğru uzanır ve daha eski bir kumtaşı temelinin üzerinde yer alır. Şeyl içindeki fosiller, gölün benzersiz çökelme özellikleri nedeniyle dikkate değer bir berraklık ve koruma göstermektedir.
Gölün üst katmanlarında büyük ölçüde yaşam vardı, ancak dip kısımları oksijensizdi. Su çok fazla bozulmadığı için alt seviyelere çok az oksijen ulaşıyordu. Bu da birçok epifaunal (dipte yaşayan) ve infaunal (yuva yapan) türün orada yaşamasını engelliyordu. Bu yüzden ölü bedenler çok az zarar görüyordu. Göl katmanlarının altüst olması (mevsimsel değişimlerin neden olduğu) yüzeye yakın oksijen içeriğini düşürmüş ve suda yaşayan türlerin periyodik olarak "ölmesine" yol açmıştır. Nispeten düşük bir birikim oranıyla (0,1 mm/yıl) birleştiğinde, bu durum fauna ve floranın korunması için en uygun ortamdı.
Volkanik gaz salınımları
Messel Çukuru çevresindeki alan, Eosen döneminde jeolojik ve tektonik olarak aktifti. Volkanik gaz salınımları, sucul olmayan türlerin büyük ölçüde birikmesini açıklayabilir.
Yeraltı kaymaları göle ve bitişik ekosistemlere büyük konsantrasyonlarda reaktif gazlar (karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi) salmış ve duyarlı organizmaları öldürmüştür. Bu salınımlar sırasında kuşlar ve yarasalar göl yüzeyine yakınsa düşmüş olabilir ve karada yaşayan canlılar göl kıyısı yakınlarında boğulmuş olabilir.
