五大湖的湖盆主要由冰川刨蚀而成，第四纪冰期时，五大湖地区接近拉布拉多和基瓦丁大陆冰川中心，侵蚀力极强，原有低洼谷地的软弱岩层逐渐受到冰川的刨蚀，扩大而成今日的湖盆。当大陆冰川后退时，冰水聚积于冰蚀洼地中，便形成五大湖的水面。
地质结构来看：五大湖是始于约100万年前的冰川活动的最终产物。现在的五大湖位于当年被冰川活动反复扩大的河谷中。地面大量的冰也曾将河谷压低。现在的五大湖是该地区陆续形成许多湖泊的最后阶段。在地质历史上，五大湖地区曾属于河流的上游。
第四纪时，北美大陆北部广大地区受到大陆冰川的侵袭。五大湖地区接近拉布拉多和基瓦丁两个大陆冰川的中心，几次大冰期时都被冰川所覆盖，冰盖厚达2400米，具有强烈的刨蚀作用，使原有低洼谷地松散的沉积层和较软的岩层被冰川带走，将谷地拓宽和加深。五大湖以南即为冰川的南缘，冰川所携带的泥沙和大小石块在这里不断堆积，形成终碛丘，这样就形成了目前五大湖巨大的湖盆。
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