Das Wissen über den tieferen Untergrund des Münsterlandes und seine Geologie geht im Wesentlichen auf die Münsterland 1-Bohrung aus den 1960er Jahren zurück, die nahe Billerbeck bis in eine Tiefe von rund 5.900 Metern abgeteuft (bergmännisch für gebohrt) wurde. Sie eröffnete erstmals einen Einblick in den Untergrund des Münsterlandes, wo drei Kalksteinformationen in unterschiedlichen Tiefen vorkommen. Aufgrund von Wasserwegsamkeiten können diese Gesteine sehr interessant für eine geothermische Nutzung sein, insbesondere die devonische Kalksteinformation in 5.000 bis 6.000 Meter Tiefe. Der geothermische Gradient, das heißt die Temperaturzunahme mit der Tiefe, liegt in Münster bei etwa 30 °C pro Kilometer und lässt daher in einer Tiefe von 6.000 Metern eine Temperatur von ca. 180 °C vermuten.
Im Devon (vor 418 bis 361 Millionen Jahren) war das Münsterland Teil des Meeresbodens.
Im Devon war das Münsterland von einem flachen Meer bedeckt. Es bildeten sich ausgedehnte Korallenriffe. So wie auf dem Bild, das ein rezentes Riff zeigt, könnte es damals im Münsterland ausgesehen haben. In den tieferen Meeresregionen des Münsterlandes lagerten sich Kalkschlämme ab und verdichteten sich durch die nachfolgende Ablagerung neuer Gesteinsschichten. Dabei verfestigten sich die Kalkschlämme zu Kalksteinen und die Korallenriffe zu Riffkalksteinen. Die besonders mächtigen und ausgedehnten Riffkalksteine werden auch als Massenkalk bezeichnet.
In den devonischen Kalksteinen ist auch die größte Höhle von NRW, die durch Verkarstung entstanden ist, das Windloch bei Engelskirchen, zu finden.
Absenkung im Karbon (vor 361 bis 296 Millionen Jahren)
In den folgenden Jahrmillionen kam es zu einer massiven Gebirgsbildung in Mitteleuropa, die auch das Münsterland betraf. Das variszische Gebirge, von dem heute noch die deutschen Mittelgebirge, wie die Eifel, der Schwarzwald oder der Harz zeugen, war damals bis zu 4.000 Meter hoch. Das Münsterland und das Ruhrgebiet lagen etwas nördlich des Gebirges und dienten als großer Ablagerungsraum für die abgetragenen Gebirgssedimente. Sie waren reich an organischem Material und lagerten sich mit großen Mächtigkeiten ab. Aus diesen organikreichen Sedimenten entwickelten sich später durch Auflast und Verdichtung die Kohleflöze im Ruhrgebiet. Die darunter liegenden devonischen Kalksteine wurden durch die massive Auflast ebenfalls weiter abgesenkt.
Hebung des Münsterlandes im Perm (vor 296 bis 253 Millionen Jahren)
Zu Beginn des Perms verschob sich die Gebirgsbildung weiter nach Norden, so dass das Münsterland selbst zum Teil des Gebirges wurde. Die karbonischen und devonischen Sedimentgesteine wurden bis in große Höhen von etwa 2.000 Metern herausgehoben. Dadurch waren sie der Verwitterung und Verkarstung ausgesetzt. In Wülfrath nahe Düsseldorf ist der devonische Massenkalk aufgeschlossen, wie das Foto zeigt.
In der Münsterland 1-Bohrung kommen Schichten aus dem Perm, der Trias (vor 253 bis 202 Millionen Jahren) und dem Jura (vor 202 bis 145 Millionen Jahren) nicht vor. Dies deutet daraufhin, dass die Abtragung im Vergleich zu der Sedimentation überwog und aus diesem Grund nichts aus diesen Zeitperioden zu finden ist.
Erneute Absenkung in der Kreide (vor 145 bis 66 Millionen Jahren)
Vor ungefähr 100 Millionen Jahren, also mitten in der Kreidezeit, senkte sich der Untergrund im Münsterland um etwa 2.000 Meter ab und es bildete sich ein Becken, das auch als Münsterländer Kreidebecken bezeichnet wird. Der Grund für die Absenkung des Münsterlandes wird mit der Gebirgsbildung der Alpen in Verbindung gebracht. Die devonischen Massenkalke, die unterhalb des Kreidebeckens liegen, wurden dadurch in noch größere (und für die geothermische Nutzung sehr attraktive) Tiefen von 5.000 bis 6.000 Metern abgesenkt.