On distingue deux ensembles :

• un premier ensemble faillé, constitué du socle et des dépôts marins de l’Oligocène,
• un deuxième ensemble en discordance, donc plus récent, constitué du réseau hydrologique actuel (dépôts fluviatiles) et d’une activité volcanique.

Le premier ensemble.

• Le socle plutonique et métamorphique est une pénéplaine, le résultat d’une très ancienne érosion du massif hercynien (Massif Central).
• Un système de deux failles postérieures au socle indique une probable extension avec effondrement de la Limagne. La grande faille est antérieure au dépôts Oligocène. Ces deniers indiquent une transgression responsable du dépôts de sédiments marins biochimiques (calcaires) et détritiques (argiles). Par contre la deuxième faille, plus petite, située à l’est, est postérieure aux dépôts marins Oligocène et aussi probablement à la régression.

Le deuxième ensemble.

• Principalement de type volcanique, il présente deux périodes d’activité : celle qui donnera naissance à la « Montagne de Serre » et celle constituée des Puys de Mey, de la Vache et de Lassolas.
• La Montagne de Serre est antérieure aux autres événements volcaniques et hydrologiques de la région car sinon la coulée de basalte aurait occupé les deux vallées adjacentes (voir diagramme). L’absence de cône visible actuellement est le signe de son ancienneté, il a été érodé. La coulée de basalte de la Montagne de Serre semble avoir occupé le lit d’une ancienne rivière (coulant de l’ouest vers l’est) qui a été comblé par la coulée. Un nouveau réseau hydrologique s’est ensuite formé au nord et au sud de la coulée. Ces cours d’eau d’âge Pliocène - Quaternaire, sont responsables de l’érosion qui a disposé en relief la coulée de basalte plus résistante que le socle ancien, formant ainsi la « Montagne de Serre ». L’activité volcanique à l’origine de la Montagne de Serre est donc située entre l’Oligocène et le Pliocène.
• Les coulées des Puys de Mey, de Lassolas et de la Vache occupent les vallées de rivières dont elles recouvrent les dépôts alluvionnaires d’âge Pliocène, elles sont donc postérieures à la formation des vallées et au dépôt des alluvions Pliocène - début Quaternaire (elles sont donc d’âge Quaternaire récent). On notera que ces coulées ont comblées partiellement le lit de ces rivières provoquant des retenues (le lac comblé, les lacs d’Aydat et de la Cassière).
• Ce volcanisme récent (Quaternaire) c’est fait en plusieurs étapes.
  • Les projections basaltiques des Puys de la Vache et de Lassolas recouvrant les émissions de lave du Puy de Mey et son cône, on en déduit que ce dernier fut le premier en activité. Son activité fut double, une émission de lave basaltique avec construction d’un cône, suivie d’une émission de leucobasalte, plus courte, se superposant à la coulée basaltique.
  • L’activité des Puys de la Vache et de Lassolas, plus récente, commença par l’émission de projections basaltiques avec construction des deux cônes, suivie d’une émission de lave basaltique empruntant une vallée de rivière, recouvrant les alluvions du Pliocène et provoquant des retenues au niveau des affluents de la rivière, à l’origine de la formation des lacs.
• Les vallées des rivières n’ayant pas été entièrement comblées par les coulées de lave, le réseau hydrologique a repris sa place, érodant partiellement les coulées des trois Puys et déposant de nouvelles alluvions récentes.

La chronologie de l’histoire géologique de la région tirée de ces documents est la suivante :

1. Existence d’un socle plutonique et métamorphique résultant de l’aplanissement du relief hercynien (ère Primaire) ;
2. Fracturation écartement et effondrement du compartiment situé à l’est à l’origine de la Limagne ;
3. Transgression et sédimentation de matériaux d’origine biochimique et détritique au niveau du compartiment effondré (Limagne) ;
4. Régression (?) ;
5. Réactivation des fractures ;
6. Première activité volcanique : la Montagne de Serre, édifice et coulées volcaniques de type basaltique occupant un réseau hydrologique préexistant ; cette activité est postérieure à l’Oligocène et antérieure au Pliocène ;
7. Érosion d’une partie de l’édifice volcanique et constitution d’un nouveau réseau hydrologique d’âge Pliocène ;
8. Deuxième activité volcanique d’âge Quaternaire : Les Puys de Mey, de la Vache et de Lassolas.
   • Activité volcanique du Puy de Mey avec, dans d’un premier temps, construction d’un cône, émission d’une lave basaltique et, dans un deuxième temps, émission d’une lave leucobasaltique ;
   • Activité conjointe des Puys de la Vache et de Lassolas, avec formation d’un cône, projection de matériaux basaltiques suivie de coulées de lave basaltique. Ces coulées occupent les vallées les plus proches, provoquant des retenues d’eau au niveau des affluents des rivières concernées ;
9. Les vallées n’ayant pas été comblée, les rivières reprennent leurs lits, provoquent un début d’érosion des coulées et déposent de nouvelles alluvions.

La "Montagne de Serre" est une coulée volcanique de roche basaltique dense et résistante qui a résisté à l'érosion.
Le cône du volcan constitué de scories a été dégradé.
La coulée aynat comblé une vallée, le système de rivières l'a contourné formant deux vallées qui ont creusé de chaque côté de la coulée.
Ce phénomène a ainsi mis la coulée en relief.