Büyük Menderes Ovası, Türkiye'nin batısında yer alan önemli bir alandır ve jeolojik yapısı, bölgenin tarihsel gelişimi açısından büyük bir öneme sahiptir. Ova, Büyük Menderes Grabeni'nde konumlanırken, çeşitli eğim kırıkları ve menderesli akışlar ile karakterize edilen bir ağa sahiptir. Bu özellikler, bölgedeki su dinamiklerinin ve tortul birikimlerin nasıl şekillendiğini gözler önüne serer.

Büyük Menderes Ovası'nın jeolojik özelliklerinden bazıları şunlardır:

• Büyük Menderes Grabeni. Ova, Büyük Menderes Grabeni (BMG) içinde yer alır.
• Eğim kırıklıkları. Ova boyunca, ana akış kanalının menderesli olduğu ve eğim kırıklıkları olan yerler hariç, ana akış kanalının menderesli olduğu gözlemlenir.
• Menderesli kanal. Aşırı bükümlülüğü tanımlayan "menderesli kanal (meandering channel)" terimi, jeoloji literatürüne bu nehrin tarihsel adı olan "Maiandros Flu" esas alınarak üretilmiştir.
• Jeolojik geçmiş. Büyük Menderes Deltası'ndaki incelemeler, nehrin jeolojik geçmişinin Geç Pleyistosen'de, yani son 250.000 yıl içinde olduğunu ortaya koymuştur.
• Göllerin boşalması. Arazi ve sondaj bulguları, eski Büyük Menderes Nehri'nin son Buzul Çağı sonlarına kadar BMG içinde sınırlı kaldığını, bugünkü yukarı ve orta yatak bölümünde ise akarsu yerine iki ayrı sığ ve geniş göl (Geç Pleyistosen Sarayköy Gölü ve Baklan Gölü) bulunduğunu göstermektedir.
• Yeni nehrin oluşumu. Holosen başında bu göllerin boşalması, günümüzdeki nehrin oluşmasına neden olmuştur.
• Akarsu kapma. Yeni Büyük Menderes Nehri'nin Baklan ve Sarayköy göllerini kapması, drenaj alanını ve taşınan tortul miktarını artırmış, buna bağlı olarak son delta ilerlemesi çok hızlı gerçekleşmiştir.