＊柱状節理の形成過程：現在のお鉢平にあった成層火山が約3万年前に噴火し、それによって発生した火砕流が山の斜面を流れ下り、石狩川の流れる谷を埋め尽くした。層雲峡付近に堆積した火砕流の厚さは150m〜200mに達し、自重の圧力も加わってガラス片や軽石は再溶融して、扁平化、湾曲、変形したものが冷えて固まる際に四角形や六方称形の形となったものが、柱状節理（ちゅうじょうせつり）である。地質的には溶結凝灰岩（ようけつぎょうかいがん）と呼ばれている。こうした堆積物に覆われていたところを、石狩川が長い時間をかけて削り取り、現在の層雲峡の峡谷となった。
＊大函・小函の形成過程：噴火の火砕流によって層雲峡は埋め尽くされ、これによって石狩川はせき止められ、古大雪湖というダムがでた。古大雪湖の強力な水圧が溶岩でできた提を押し破り、長い年月をかけて石狩川が溶岩を侵食し、現在のほぼ垂直に切り立った崖である大函・小函となった。
＊滝の形成過程：層雲峡の形成過程では、水量や流速の異なる複数の川があった。中でも石狩川の勢いが大きく、他を圧倒する勢いで流れくだって岩を削り崩落させ、最大で200mほど深く削っていった。一方で侵食する力の弱い川は、川底がわずかに低くなるだけで、石狩川より高地を流れることになり、石狩川と合流する場所には大きな落差が生じた。これが、流星の滝・銀河の滝をはじめとする層雲峡の滝群となった。