Nicolas Peiresc (1580-1637), conseiller au Parlement d'Aix, qui possède une propriété à Belgentier où il réside le plus souvent, est l'un des premiers à observer les paysages de Provence et tenter de les comprendre.

Avec la curiosité nouvelle pour les fossiles au XVIIIème siècle, et en constatant qu'ils sont différents d'une couche à l'autre, on prend conscience que la Terre a une longue histoire et qu'il faut tenter de la reconstituer.

Il faut cependant attendre le XIXème siècle pour voir apparaître les premiers résultats. Matheron publie en 1848 une carte géologique du département des Bouches-du-Rhône et Coquand, en 1865, alors qu'il est en charge des études géologiques pour l'exploitation du lignite du Plan d'Aups, constate que la longue crête de la Sainte-Baume est faite de couches renversées : le Crétacé inférieur est surmonté par le Jurassique qui occupe le flanc sud.

Marcel Bertrand (1890) interprète une structure inattendue plus au sud, l'îlot du Beausset (voir l'article de Charles Casals paru dans le n°14 de “Pays Sainte-Baume”). Une colline formée de couches anciennes (Trias, Jurassique) est posée sur des couches plus récentes du Crétacé supérieur. Ainsi naît la notion de nappe de charriage : une série de couches a été poussée et est venue se superposer à d'autres terrains. La question est posée : n'y aurait-il pas, et sur une plus grande échelle, des structures équivalentes dans le massif de la Sainte-Baume ?

Ce fut le point de départ d'une controverse de 80 ans, entre ceux qui ne voyaient que plissements, cassures affectant des matériaux déjà sur place (autochtonie) et ceux qui imaginaient une nappe de couverture, venant du sud, rabotant les anciens reliefs, renversant leurs couches, entraînant des morceaux qu'on appelle "écailles" et dont l'érosion ne laisse que des vestiges (allochtonie).

La démonstration de l'allochtonie, défendue par Marcel Bertrand (1890), puis J.Répelin (1922), L.Lutaud (1924), J.Goguel (1950), G.Guieu (1967), fut apportée par un sondage réalisé en 1969 au nord du Plan d'Aups. Jusqu'à 16 m de profondeur, on traversa le Jurassique inférieur de l'unité de La Roqueforcade, puis un mètre de zone broyée. A 17 m et jusqu'à 22 m, on trouva le Crétacé supérieur. Il s'agissait bien d'un morceau de nappe posé sur des terrains plus récents.

Grâce à cette preuve irréfutable, le massif de la Sainte-Baume est devenu pour les géologues du monde entier le lieu de la première démonstration et l'exemple même de l'allochtonie. Nombre d'étudiants viennent y faire des observations sur ce massif karstique exceptionnel.

La série de schémas que nous proposons ci-dessous, extraite du cédérom Flore des crêtes du Pays Sainte-Baume, créé en 2000 par l'association Découverte Sainte-Baume, apportent une explication visuelle de la formation des couches renversées tel qu'elle s'est produite à la Sainte-Baume au cours du charriage.

Un important réseau de rivières souterraines et de nombreux avens sont explorés par les spéléologues.Le gouffre du Petit Saint-Cassien est connu mondialement.

Des résurgences importantes ; La Foux de Nans, la Figuière à Tourves, la source vauclusienne
de l'abbaye de Saint-Pons à Gémenos, la Castelette au Plan d'Aups (qui donne naissance à l'Huveaune), la source des Orris à La Roquebrussanne, la source du Raby à Signes... sont alimentées par une forte pluviométrie dûe au relief. Plusieurs rivières y prennent naissance : l'Huveaune, la Vède, le Peyruis, le Gaudin, le Caramy, l'Issole, le Gapeau, le Fauge...

Le massif de la Sainte-Baume est considéré comme le principal château d'eau de la région.