Gli affioramenti dei calcarei più antichi del Mesozoico sono assai modesti nel Territorio e si riscontrano solo sul gruppo del Monte Acuto e Monte Tezio. Infatti i terreni che formano le colline e i rilievi montuosi del Comprensorio sono geologicamente piuttosto giovani e riferibili per lo più al Miocene con due unità morfologiche tipiche e piuttosto consistenti e cioè il Macigno e il Marnoso-Arenaceo.
Queste due formazioni accompagnano in maniera simmetrica le più recenti sedimentazioni fluvio-lacustri della Valle.
E' infatti nel Pliocene che cominciò a determinarsi il corso di un "Paleo-Tevere" e di un reticolo fluviale simile all'attuale che andarono ad alimentare una vasta depressione formatasi a seguito di una regressione marina e di importanti fenomeni orogenetici.
Il lago a cui il fenomeno diede origine ebbe dimensioni piuttosto grandi e si estendeva da Sansepolcro fino a Ponte S. Giovanni dividendosi poi in due bracci che giungevano rispettivamente fino a Spoleto e a Terni. La valle e le rive del lago furono abitate da una fauna completamente diversa dall'attuale venutasi a determinare anche a seguito delle grandi variazioni climatiche che si registrarono in quei lontani tempi.
E così elefanti, ippopotami, iene, rinoceronti, gazzelle pascolarono indisturbati nella nostra valle alternandosi, in periodi più freddi, a cervi, bovini, castori, cavalli e bisonti. I resti di questi animali anche nel passato sono stati frequentemente trovati nei terrazzi lacustri della valle, ma è solo in questi ultimi anni che ne è stata curata la sistemazione e l'esposizione presso la Raccolta Civica di Città di Castello che contemporaneamente offre anche una documentazione dei primi insediamenti umani nel nostro territorio.