La sierra de Atapuerca tiene un sistema subterráneo de conductos y dolinas fruto de la erosión y disolución de la roca caliza con la que se formó en el Oligoceno (37-23 millones de años) sometida a un plegamiento tectónico en el Terciario.

Este sistema subterráneo es característico de los sistemas kársticos, en los que la formación de las cuevas se produce cuando el nivel del suelo se encontraba a la altura de la actual cumbre. El agua subterránea entonces erosiona y orada la caliza.

Cuando el río Arlanzón forma su actual valle (5 millones de años), el nivel del agua subterránea desciende y las cuevas más elevadas se rellenan de aire, mientras la fuerza erosiva del río va profundizando el valle.
Las galerías de aire se abren al exterior y son ocupadas por mamíferos, aves, reptiles y homínidos.

Posteriormente las filtraciones de agua con materiales en suspensión y otros fenómenos van colmatando las cuevas y creando un ámbito con unas condiciones estables de humedad, temperatura y presión que permiten la fosilización de los restos que allí se encuentren.
Luego, como ya hemos dicho, es la multiplicación del azar la que nos permite reencontrarnos con esos restos e intentar reconstruir nuestro pasado.