华北地区是中国最早出现的陆地，构造运动比较稳定，通常是整体隆升与沉降，这样的地块往往形成煤田与石油、天然气等矿产。大约三四千万年前，华北地块比较稳定，地面经过长期的侵蚀与剥蚀，地形和缓起伏，目前内蒙古地区还保留有那时的地面。泥河湾一带还未出现盆地，它地形平坦，没有高山。可是在2000多万年前，华北的地壳运动发生了巨大变化，可能受青藏高原隆升的影响，大同至宣化、延庆一带，地幔物质上涌，形成一个地幔柱。地幔柱把其上的地壳顶起来，造成地壳隆升，同时地壳下部被熔化，地壳减薄。地幔物质上涌造成两种重要的地质过程：一是地壳隆起，隆起的顶部产生张性断裂，地壳沿断裂下沉，于是出现盆地；二是地幔物质沿断裂溢出，成为火山，造成岩浆喷发。这两种现象在泥河湾盆地都非常典型，盆地地形一目了然，盆地两侧都有火山喷发。阳原县北部，山前有第四纪火山喷出的玄武岩，火山灰等，在侯家窑以北还可看到当时的火山口。阳原县北面的熊耳山上现在还可见到2000多万年前平坦的地面，上面有2300万年前喷出的火山。太阳系中，地球是构造运动仍然十分活跃的行星，地幔物质运动在地球表面形成裂谷本来是常见的现象，可是汾渭裂谷位于中国大陆，地处暖温带，向南与热带、亚热带相连，使它具有优良的自然环境，造就了它在东亚古人类发展历史上的独特地位。
四五百万年之前，泥河湾盆地进入快速发展期，地幔物质上涌加速，引起强烈火山喷发，盆地下沉速度也增加。裂谷的发育是沿纵长的方向发展的，而且不同地段的下沉速度不同，使得裂谷盆地的某些地段河道排水受阻，下沉较快地段积水成为湖泊，下沉较慢地段成为峡谷或山地。所以沿裂谷考察，可以看到一个一个的盆地被峡谷或基岩台地所隔开，成为串珠状盆地。泥河湾盆地则是汾渭裂谷串珠状盆地中较大的一个。
大约200多万年前，泥河湾盆地处于发育最快的时期，湖泊范围扩大，西边达到朔县，东部达到阳原县东部的石匣里。石匣以东有一条小河，可以排出部分湖水。现在石匣以东山坡有一片缓缓的平台，名叫和尚坪，那就是湖泊最大时东部的湖滨地带。和尚坪以东现在的桑干河两岸，有的地方可以找到与和尚坪同高的河流阶地，它们是当时河流的残留谷底。据此，大部分学者认为，古泥河湾湖在东部是有出口的。有的学者在泥河湾层中找到石膏薄层，因而推测当时古湖没有出口，使湖水矿化度提高，形成石膏沉积。可是硅藻分析结果显示，泥河湾古湖为淡水，证明古湖是有出口的。另外，泥河湾层中曾分析出在海水里生长的有孔虫，后来的地质地貌调查都没有发现泥河湾古湖与大海联通证据。因此推测，可能是海边的水鸟，有时到泥河湾古湖的湖边活动，它们会把海水里的有孔虫携带到泥河湾古湖的湖水里。有些种属的有孔虫可以在淡水里生存一段时间，但往往有孔虫的壳体发生变形，种属也比较单一，这些现象在泥河湾层的有孔虫化石中都能看到。因此大家相信，泥河湾古湖与大海是没有联通的。可是早更新世渤海的海侵曾向西到达北京附近，水鸟完全可以把有孔虫带到泥河湾古湖中。
泥河湾盆地发育并出露了完好的湖湘沉积地层，其中又以发现大量哺乳动物化石著称。早更新世的哺乳动物化石有长鼻三趾马、剑齿虎、爪兽、纳玛象、三门马、布式大角鹿、四不像鹿、桑氏鬣狗、丁氏鼢鼠等。德日进等对它们研究后把这个动物群命名为“泥河湾动物群”，从此它成为我国北方早更新世的标准动物群，泥河湾层就成为我国北方早更新世标准地层。它在我国第四纪研究中具有非常重要的地位，在国际地质界也无人不晓。
泥河湾盆地以后的研究中，发现泥河湾层上部的时代已进入中更新世，其中也发现很多哺乳动物化石，主要有桑干河大角鹿、披毛犀、马、鸵鸟等。这些动物化石很好地指示了当时的气候环境，加上植物孢粉化石的分析，我们对泥河湾盆地所经历的环境过程已有比较清楚的了解。在260万年之前，为亚热带或暖温带稀树草原环境，距今260万年至180万年前，以温带森林草原环境为主，可有短时期亚热带稀树草原环境。距今180万年至78万年前，古环境稳定，为中温带草原环境。距今78万年至13万年前，气候向干冷转化，以干旱草原环境为主。此后气候向更为干冷的方向发展，但有时也会出现较短的温暖气候时期。
泥河湾盆地的湖湘地层不仅在我国第四纪地质研究上发挥过巨大作用，后来发现的人类化石和大量旧石器遗址，又为东亚古人类演化研究开辟了新天地。
泥河湾盆地动物化石和植物孢粉都显示第四纪以来，这里具有较好的自然条件，植被茂盛，动物繁多，适宜古人类生存。20世纪70年代以来，已发现70多处旧石器地点或遗址。最早的旧石器遗址为马圈沟遗址，它位于当时湖滨地带，是古人类在湖滨狩猎的场所，地质时代距今166万年。除发现一些旧石器遗存外，还有丰富的动物化石，同时发现大象在湖滨淤泥中留下的脚印。阳原县的旧石器博物馆中陈列了马圈沟遗址发现的实物标本，还有古人类狩猎的场景雕像，十分生动有趣。比马圈沟遗址晚一些的有小长梁遗址，距今136万年，东谷坨遗址，距今110万年。许家窑-侯家窑遗址，发现了古人类化石，还有大量旧石器和丰富的动物化石，时代距今约20万年。泥河湾盆地晚更新世到全新世的古人类遗址则更多，以虎头梁遗址最为著名，这里发现的石器中有一种“楔形石核”，代表了一种比较特殊的石器打制技术。盖培研究发现，这种石核的打制技术从这里向东北传播，并经白令海峡传到北美，因此称之为“环太平洋文化圈”。
如果我们再放宽视野，纵观整个“汾渭裂谷”，也是古人类化石和旧石器遗址较集中的地区。如渭河谷地发现蓝田人化石、大荔人化石。汾河谷地发现西侯度遗址、匼河遗址、丁村遗址、峙峪遗址等。北京猿人化石的发现地周口店也离永定河谷地不远，而桑干河从延庆盆地入西山后改称永定河，当时北京猿人沿永定河向泥河湾盆地迁徙，应当是很自然的事情。
如果再往远看，我国安徽省繁昌发现的旧石器遗址，时代为距今约210万年，长江三峡地区龙骨坡发现约200万年前的古人类化石，云南元谋发现175万年前的人化石，它们与汾渭裂谷的古人类又有什么关系呢？
1929年，裴文中在北京周口店发现北京猿人化石，使我国成为研究人类起源的重要地区。美国学者魏敦瑞在研究北京猿人化石后，他认为人类的演化不是从某一个中心开始，而是不同地区都有从古猿进化而来的古人类，他们在迁徙、融合过程中不断进化成了现代人，这就是他提出的古人类“多地区进化说”。到20世纪60年代，西方学者在东非裂谷发现比北京猿人更古老的古人类化石，于是提出非洲起源说，认为非洲最早出现古人类，200多万年前，一部分古人类走出非洲，来到亚洲和欧洲，但他们以后都绝灭了。后来，大约10万年前，非洲的古人类又一次走出非洲，来到亚洲和欧洲，并进化为现在的黄种人和白种人。澳洲的棕种人也是从非洲迁徙过去的。
我国这么多地点发现古人类化石和旧石器遗址，人类起源与演化是中国学者重要的研究课题。我国一部分学者相信古人类的“非洲起源说”，但许多学者对此提出怀疑和质疑。为什么古人类要走出非洲？当时非洲的自然环境已不适于人类生存了吗？为什么迁徙到亚洲和欧洲的古人类都绝灭了，非洲的古人类不绝灭，还能再次走出非洲？持“非洲起源说”的学者没有回答这些问题。中国古人类学家研究发现，我国早期和晚期的古人类化石大部分有某些继承性的特征，说明他们应当是连续演化的。当然，人类起源研究是一个非常专业的科学问题，非专业人员几乎不容置喙。在这样一个重大问题上，泥河湾盆地古人类遗迹的研究，有可能使中国学者有充分的发言权，这也是泥河湾盆地研究重要意义之所在。泥河湾盆地是地质科学、古人类学的宝库，今后一定会有更多的新发现，并使之成为科学的新亮点。
华夏文明有大约5000年的历史，它是中华民族的伟大创造，在世界文明发展史上具有重要的地位。一个文明不会偶然出现，为什么在中华大地上能孕育出光辉灿烂的华夏文明？在有历史记载之前，华夏文明是什么样子？华夏文明最早是从哪里兴起的？泥河湾盆地的研究，可能让我们找出这些问题的答案，也是我国学者研究泥河湾盆地追求的新目标。
如果追索中华文明的历史，一定先去北京周口店北京猿人遗址。56万年前，北京猿人已在这里的山洞中居住，能够打制各种石器，已会用火。北京猿人头骨化石的发现，为达尔文人类起源学说找到的第一个无庸置疑的实物证据。从此，人们普遍相信人类是由古猿进化而来的。现在看，周口店北京猿人遗址所显示的丰富古文明遗迹，在世界上仍然名列前茅的。
参观周口店北京猿人遗址后西出北京，过怀来盆地进入涿鹿县，这里是传说中黄帝战蚩尤的古战场。黄帝曾使用指南车辨别方向，这无疑是当时世界独一无二的高科技，为战胜蚩尤发挥了重要作用。我们还会在涿鹿看到一些祭祀黄帝的庙宇，说明黄帝在中华文明发展中的作用。从涿鹿再向西，就进入了泥河湾盆地，这是华北地区发现古人类遗迹最为密集的地区。著名的遗址有马圈沟遗址、小长梁遗址、许家窑-侯家窑遗址、虎头梁遗址等。考察这些遗址后，我们会不禁思索：中国发现了如此多的古人类化石，还发现许多古猿化石，如云南的开远古猿、禄丰古猿、元谋古猿、宝山古猿等，甘肃武都、安徽繁昌等地也都发现过古猿化石。难道这些古猿都与我国发现的古人类化石无关吗？难道他们没有一种演化为东亚地区的古人类吗？我相信，随着研究的深入，新化石材料的发现，一定会有科学的答案。在这个过程中，泥河湾盆地古人类的研究一定会发挥巨大的作用。
泥河湾盆地是我国地貌、第四纪地质、环境演变、古生物及史前考古研究的典型地区，已成为国内外有关学者经久不衰的关注热点。特别是我们把它与东非裂谷的发育相比较后，觉得它就是中国的东非裂谷。我们相信，这里会发现更久远的古人类化石，也会发现相关的古文化遗迹，我们可以从这里追索华夏文明的起源，我们期待着这一天的早日到来。