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朝鲜半岛(韩半岛)和日本列岛原来形成在欧亚大陆板块东端，约在2,300万年以前，欧亚大陆板块和太平洋板块发生冲撞，致使朝鲜半岛(韩半岛)在冲击下隆起。同时，朝鲜半岛(韩半岛)和日本列岛之间凹陷，周边海水涌入而形成了东海。
之后在海底2,000m深处喷涌的熔岩凝固，形成了郁陵岛和独岛。约460万年以前，海底喷出的熔岩经凝固后成了独岛地基，约270万年以前才逐渐升到海面。独岛原是一座岛屿，因长年海浪侵蚀，在约250万年以前被分成了两座岛屿。千年万载经历了风雨的洗礼和海浪的侵蚀后，于210万年前才开始形成如今的面貌。
独岛比250万年前形成的郁陵岛、120万年前形成的济州岛还要早了近200万年形成。


独岛受海洋影响较大，在海面附近形成了多种海洋地形。因为是火山岛，其基岩是火山岩。因此，独岛由沉积火山灰凝固成的坚硬凝灰岩和碱性火山岩即玄武岩、粗面岩等组成。这些岩石看似坚硬，但实际上岩质非常松脆，易碎且易磨损。
东岛顶部较其它地方平坦，守卫灯塔和独岛警备队的建筑就设在此处，土壤层厚20~30cm左右，有植物生长。东岛海岸附近大部分由30m高的陡峭 海蚀崖组成，植物很难生长。相反，西岛岛顶虽由锋利岩石形成脊背，植物很难生长，但岛顶西南侧较为平坦，且有土壤层，有植物生长。此外，西岛北侧有河道，有地下水喷出，可获饮用水。
在独岛确认的主要地形有柱状节理 等火山地形、断层带或岩脉类结构地形、以及 海蚀阶地 等海岸地形。且受风化作用影响明显， 风化坑分布广泛，还可以在很多地方看到海蚀崖。目前独岛地形因海浪侵蚀作用，还在逐渐产生变化。


在水底，郁陵岛和独岛以海山形态相互衔接着。独岛的海底地形为海平面下高约2,000m、底部直径约20~25km的尖峰状隆起。而且，海底下端形成于更早以前的火山活动，郁陵岛和独岛之间有水深达2,000m以上的平原，中间有安龙福海山。
独岛至郁陵岛由一群海山岛组成，韩国采用了与独岛联系密切的人士之名为海山命名。即，从独岛向东南方约距15km处的海山叫做沈兴泽海山(第2独岛海山)、距55km左右的海山叫做异斯夫海山(第3独岛海山)。
郁陵岛和独岛由海山衔接，并由粗面岩组成，从地质方面来看，两岛较为相近。相反，日本的隐歧岛由片麻岩组成，与火山活动几乎没有关系，在地形上也完全不同。


韩国位于中高纬度，年平均气温在8~14℃，具有温带和亚北极气候特点。大体上气温越往北和内陆越低，夏天和冬天温差很大。其特点是冬天受大陆影响而寒冷、干燥，夏天受海洋影响而高温、潮湿。但郁陵岛和独岛位于东海，受到海流影响显现海洋性气候特点。影响独岛气候的海流有东韩暖流和北韩寒流。夏天受东韩暖流影响较大，冬天北韩寒流和东韩暖流在郁陵岛附近交汇。因此，最寒冷的1月平均气温也不会低至零下，最酷热的8月平均气温也不会超出24℃。
郁陵岛和独岛的年平均气温均为12℃左右，与相近纬度的内陆地区相比较为温暖。郁陵岛和独岛的月平均气温也类似，都在1月和2月最低、8月最高。
从统计角度来看，郁陵岛和独岛在夏季三个月降雨量最多，其中受梅雨季影响，7月降雨量最高，而8月和9月降雨量高则是由于地处台风频繁经过的通道上。
独岛风向随季节变化，主要有东北风和西南风，平均风速较大。通常1~4月和5~8月风速大、变化多，10月则是风速小且变化少。


独岛全年有85%的时候为阴雨天，天气较为潮湿。而且，独岛受盐分较多的强海风影响，环境贫瘠不适宜植物生长。独岛的植物大多可耐受恶劣环境，物种少于陆地，且树木较为低矮。包括树木在内，独岛只生长着约50~60余种植物，其中最具代表性的是王海菊、大虎杖、竹岛景天、紫花列当、皱叶酸模、全缘贯众、滨海珍珠菜、番杏等。


独岛周边海域可见的鱼种有日本栉鲳、马面鲀、鳟鱼、鳕鱼、明太鱼、秋刀鱼、河豚、乌贼、章鱼、鲨鱼、斑鰶、比目鱼、横带石鲷、斑鱾、黑鱾、厚头平鲉、许氏平鲉、尾斑光鳃鱼、花鳍海猪鱼、斑头六线鱼、昆布、海带、海螺、海参、鲍鱼等。
独岛昆虫类具有体小、飞行力弱的特点，据了解约有93种昆虫。
而且，独岛还是迁徙鸟类的避风港，每年都有很多候鸟飞来。在独岛观察到的鸟类约有139种，其中最具代表性的是黑尾鸥、海燕、鹱、白鹡鸰、山麻雀等。尤其黑尾鸥和鹱、海燕还是‘独岛天然保护区’内受法律保护的鸟类。
独岛有无脊椎动物约370余种，海藻类约有223种。还有，2005年被发现的‘Donghaeana dokdonensis’(Donghaeana Dokdonensis)为独岛特有微生物，简称‘东海独岛’，曾于2006年在世界级学术杂志上获得介绍。