IJstijden legden de basis
Het reliëf van Nationaal Park Drentsche Aa is grotendeels ontstaan tijdens de laatste drie ijstijden.
Tijdens de Elster-ijstijd (Elsterien) bedekte het Scandinavische landijs waarschijnlijk voor de eerste maal grote delen van Noord-Nederland en dat duizenden jaren achtereen. Wat uit deze periode op veel plaatsen in de bodem is achtergebleven zijn zeer dikke afzettingen van smeltwaterzand en klei. Beide vormen de Formatie van Peelo. Het zand uit deze formatie is het bekende zandbakzand, dat in droge toestand glinstert vanwege de talrijke kleine schubjes mica die erin zitten. Dit Peelozand is op het Ballooërveld in een aantal zandverstuivingen te vinden.
Berucht is de potklei uit de Elster-ijstijd. De afzetting heeft zijn slechte naam te danken aan een paar ongunstige eigenschappen. Het is een zeer zware klei. Akkerbouw is er niet goed op mogelijk want de waterdoorlaatbaarheid is vrijwel nihil. In dit landschap ligt daarom voornamelijk gras. Potklei komt oa voor in de omgeving van Anderen en Gasteren. Vooral bij Gasteren komt de potklei op sommige plaatsen onder aan de helling van de Zuides aan de oppervlakte. Het duidelijke hoogteverloop van de Zuidesch naar het beekdal van het Gasterensche diep, de geringe breedte van het beekdal wordt ook veroorzaakt door de aanwezigheid van potklei in de ondergrond. Deze biedt veel weerstand aan de uitslijting door water.
Heel fraai is de aanwezigheid van Potklei in de directe ondergrond te zien als we van Loon naar Balloo rijden. U kruist dan het beekdal van het Taarlosediep. Het beekdal is ter plaatse bijzonder smal. Het snelle oplopen van de Noordesch van Balloo geeft dit gebied veel reliëf. Overigens is in de naaste omgeving bij het Smalbroekenloopje vroeger potklei gedolven om er stenen van te bakken.
Het basisreliëf van het Drentsche Aa gebied is grotendeels gevormd tijdens de voorlaatste ijstijd, het Saalien - 200.000-130.000 jaar geleden. Er schoven gletsjers vanuit Scandinavië over Noord-Nederland. Wat achter bleef was een keileem plateau vol zwerfstenen, doorsneden door smeltwaterbeken. Zo ontstonden metersdiepe smeltwatergeulen waaronder die van de huidige Drentsche Aa.
Tijdens de laatste ijstijd (Weichselien, 100.000-10.000 jaar geleden) kwam het landijs niet verder dan Noord-Duitsland. Wel heerste hier een pool klimaat met ijzige zandstormen. De diepe smeltwatergeulen werden grotendeels met zand opgevuld. Het toen gevormde dekzand reliëf is op veel plaatsen in Drenthe terug te vinden.
De ondergrond was permanent bevroren waardoor plantengroei niet of nauwelijks mogelijk was. Nadat het ijs zich terug trok kwam het planten- en dierenleven langzaam op gang.