Santorini é o centro vulcânico mais ativo no arco vulcânico do sul do mar Egeu, embora o que permaneça até hoje seja principalmente uma caldeira cheia de água. O arco vulcânico tem aproximadamente 500 km de comprimento e de 20 a 40 quilômetros de largura. A região registrou a sua primeira atividade vulcânica há cerca de 3-4 milhões de anos, apesar de vulcanismo em Tera ter começado há aproximadamente 2 milhões de anos.

A ilha é o local de uma das maiores erupções vulcânicas já registradas na história humana: a erupção minoica (às vezes chamada de erupção de Tera), ocorreu há cerca de 3600 anos, no auge da civilização minoica. A erupção deixou uma grande cratera rodeada por depósitos de cinzas vulcânicas a centenas de metros de profundidade e pode ter levado, indiretamente, ao colapso da civilização minoica na ilha de Creta, 110 km ao sul, através da formação de um gigantesco tsunami. Outra teoria popular diz que a erupção de Tera é a fonte da lenda de Atlântida.

Erupção minoica

Durante a Idade do Bronze, Santorini foi o local da erupção minoica, uma das maiores erupções vulcânicas da história da humanidade. Esta erupção violenta foi centrada em uma pequena ilha ao norte da ilha existente de Nea Kameni, no centro da caldeira; A própria caldeira foi formada há várias centenas de milhares de anos pelo colapso do centro de uma ilha circular, causado pelo esvaziamento da câmara magmática durante uma erupção. Ele foi preenchido várias vezes por ignimbrite desde então, e o processo se repetiu, mais recentemente há 21.000 anos. A parte norte da caldeira foi reabastecida pelo vulcão, depois colapsou mais uma vez durante a erupção minoica. Antes da erupção minoica, a caldeira formou um anel quase contínuo com a única entrada entre a pequena ilha de Aspronisi e Thera; a erupção destruiu as seções do anel entre Aspronisi e Therasia, e entre Therasia e Thera, criando dois novos canais.

Em Santorini, um depósito de tephra branco lançado da erupção é encontrado deitado até 60 m (200 pés) de espessura, sobrepondo o solo marcando o nível do solo antes da erupção, e formando uma camada dividida em três faixas bastante distintas indicando diferentes fases da erupção. Descobertas arqueológicas em 2006 por uma equipe de cientistas internacionais revelaram que o evento de Santorini foi muito mais massivo do que se pensava; ele expeliu 61 km3 (15 mi) de magma e rocha para a atmosfera da Terra, em comparação com estimativas anteriores de apenas 39 km3 (9,4 mi) em 1991, produzindo cerca de 100 km3 (24 mi) de tefra. Apenas a erupção vulcânica do Monte Tambora de 1815, a erupção do vulcão Taupo em 181 d.C. e, possivelmente, a erupção da Montanha Baekdu em 946 d.C. liberaram mais material na atmosfera durante os últimos 5.000 anos.