青海湖盆地的边缘大部分通过断层与周围的山脉相连。200万年前湖泊形成之初，这里曾是一个大淡水湖，与黄河水系相连。当时气候温和多雨，湖水通过东南的道塘河排入黄河，为外流湖。到13万年前，由于新构造运动导致周边山脉强烈隆升，湖东的日月山和野牛山从上新世末开始迅速抬升，阻断了原本注入黄河的道塘河。被迫由东向西流入青海湖。尕海洱海出现后，又分出海晏湖、沙岛湖等子湖。由于渗漏通道的堵塞，青海湖演变成了闭塞湖。再加上气候变干，青海湖逐渐从淡水湖变成咸水湖。北魏青海湖周长称为千里，唐代为四百公里，清旱时减少。