Geologiniu požiūriu Baltijos jūra yra jauna, apie 13000 metų, ir ji vis dar kintanti. Baltijos jūra pradėjo formuotis, kai jos vietoje buvęs ledynas pradėjo tirpti ir trauktis. Vienas paskutinio ledyno centrų buvo Skandinavijos pusiasalyje, ledyno storis siekė virš 3 km. Formavimosi laikotarpiu dėl ledyno spaudimo ir tirpimo Žemės pluta ir vandens lygis ne kartą kilo ir leidosi, kito vandens telkinio fizinės savybės (temperatūra, druskingumas): Baltija vis „svarstė“ – būti ežeru, ar jūra. Pagal vyraujančias savybes ir prie jų prisitaikiusius gyventi moliuskus, išskiriami Baltijos jūros raidos etapai.
Baltijos jūros ledyninis ežeras (prieš 12600–10300 metų). Jis nesijungė su Pasauliniu vandenynu – buvo gėlo vandens telkinys. Jo plotas buvo daug mažesnis už dabartinės Baltijos jūros plotą. Baltijos ledyninio ežero vandens lygiui gerokai pakilus, dideli sausumos plotai buvo apsemti.
Joldijos jūra (prieš 10300–9500 metų) susiformavo, kai Baltijos ledyninis ežeras užliejo Vidurio Švediją ir susijungė su Šiaurės jūra. Vandens druskingumas pakilo dėl druskingo vandens iš Šiaurės jūros prietakos, suklestėjo dvigeldis moliuskas Yoldia arctica. Joldijos jūros druskingumas buvo palyginti nedidelis. Šio laikotarpio pradžioje beveik visa pietinė Baltijos jūros dalis buvo sausuma. Prieš dabartinį Lietuvos pajūrį tįsojo sausuma: iš Lietuvos nesušlapus kojų buvo galima keliauti ne tik po Daniją, Pietų Švediją, o gal ir į Gotlando salą. Manoma, kad Joldijos jūros periodu į Baltijos jūros regioną iš Baltosios jūros atkeliavo ir dabar joje sutinkamas jūros tarakonas (Saduria entomon). Šis reliktas iš vėlyvojo ledynmečio periodo yra vienas didžiausių Baltijos jūros vėžiagyvių (ilgis siekia 8 cm). Vėžiagyvį zoobentoso mėginiuose aptinka ir Aplinkos apsaugos agentūros tyrėjai.
Anciliaus ežeras (prieš 9500–8000 metų). Pietinė Baltijos baseino dalis Žemės plutos judesių buvo aukštai iškelta. Žemės pluta ir Joldijos jūros saitai su Atlanto vandenynu nutrūko, druskingas vanduo nebegalėjo patekti. Vanduo tapo gėlas, suklestėjo moliuskas Ancylus fliuviatilis. Anciliaus ežero vandens lygis ėmė greitai kilti. Ežeras susigrąžino daug Joldijos laikais prarastų plotų, bet jo vanduo vis dėlto nepasiekė dabartinio Baltijos jūros kranto Lietuvoje.
Praslinkus keletui šimtų metų Žemės plutos judesiai pietinėje Baltijos dalyje pakeitė savo judėjimo kryptį. Sausuma, užuot kilusi, ėmė iš lėto leistis. Netrukus Anciliaus ežero vanduo pro Danijos sąsiaurius ėmė tekėti į Šiaurės jūrą, ežeras nuseko keliolika metrų. Šio ežero nuosėdos Lietuvos pajūryje buvo pasiektos tik gręžiniais. Pavyzdžiui, Nidoje jos slūgso maždaug 16–18 m gilumoje. Anciliaus ežero laikotarpiu klimatas buvo šiltas ir sausas. Iš galiūno ledyno Skandinavijos kalnuose teišliko mažyčiai slėnių ledynai.
Litorinos jūra (prieš 8000–4000 metų). Susiformavo, kai į Baltijos baseiną dar kartą įsiveržė druskingas vanduo iš Šiaurės jūros. Jūra pasiekė aukščiausią druskingumo lygį per visą laikotarpį, turėjo dvigubai daugiau vandens ir 26,5 proc. didesnį paviršiaus plotą nei dabartinė Baltijos jūra. Pavadinimas kilo iš tuo metu klestėjusio moliusko Littorina littoraea. Litorinos stadijoje pradėjo formuotis Kuršių nerija ir marios. Iš pradžių čia susiformavo atskirų salų grandinė, o vėliau, smėlingoms nuosėdoms užpildžius tarpus tarp salų, susiformavo nerija su prataka ties Smiltyne. Pirminės nerijos krantai tęsėsi kažkur dabartinėje jūroje, maždaug 1–2 km nuo kranto. Litorinos laikotarpiu Palangos – Šventosios pajūrio dalis tūnojo po vandeniu. Litorinos jūrą mena pažintinis takas „Litorina“ – nuo Olandų kepurės link Klaipėdos. Šie skardžiai yra išlikusi Litorinos jūros kranto linija.
Šis laikotarpis, išskyrus tik jo pabaigą, pasižymėjo ypač šiltu ir drėgnu klimatu. Laikotarpio pabaigoje Baltijos vanduo ėmė vėl gėlėti.
Limnėjos ir Mijos, arba politorininio laikotarpio, jūros – tai, ką dabar vadiname Baltijos jūra, savo dabartinę formą įgijo maždaug prieš 4000 metų. Limnėjos ir Mijos periodai pavadinimus taip pat gavo nuo moliuskų vardų.