A partire da 5 milioni di anni fa il mare Adriatico, che occupava a quei tempi il bacino padano e si spingeva fino all'interno della Valle d'Aosta, venne gradualmente riempito dai sedimenti originatisi dall'erosione della catena alpina.
Successivamente durante il Pleistocene, a partire da 2,5 milioni di anni fa, a causa della diminuzione delle temperature medie e delle maggiori precipitazioni sull'arco alpino, iniziò ad accumularsi una notevole massa di ghiaccio che veniva portata a valle da grandi ghiacciai; in particolare, il fondovalle di quella che è oggi la Valle d'Aosta, venne a più riprese totalmente occupato dal Ghiacciaio Balteo, che con un percorso simile a quello dell'odierna Dora Baltea, usciva sulla pianura canavesana allargandosi a ventaglio formando il maestoso Anfiteatro Morenico di Ivrea. Le fasi glaciali furono tre e i depositi lasciati dalla più antica delle tre pulsazioni, periodo Mindel, risalente a circa 1.650.000 anni fa, sono i più esterni e risultano meglio individuabili sul lato sinistro dell'Anfiteatro Morenico di Ivrea, nell'area biellese della Serra. La morena frontale e buona parte di quella destra sono, invece, state ricoperte dai detriti lasciati dalla fase successiva, periodo Riss, iniziata circa 700.000 anni fa. Durante questo periodo venne deposta la meglio conservata delle tre cerchie moreniche, il gruppo della Serra d'Ivrea. Il terzo gruppo di depositi, generatosi nel periodo Wurm, da 130.000 a 10.000 anni fa, è il più recente ed è situato all'interno dei due precedenti e comprende alcuni cordoni morenici di minore imponenza e altezza.

Questa grande fiumana di ghiaccio esercitò una immane forza espansiva sul cono di deiezione che si era formato allo sbocco della valle scaricando nella pianura un’enorme massa di pietrame, ciottoli e sabbie. Le misure del ghiacciaio erano gigantesche. Una lunghezza di 120 km, un’altezza di 800 m. una superficie di oltre 500 km², un diametro di 30 km e una circonferenza di 110 km che ne fanno ancora oggi una tra le unità geomorfologiche di questo tipo meglio conservate al mondo.In particolare la morena laterale sinistra dell'antico ghiacciaio, detta Serra di Ivrea è la più grande formazione del genere esistente in Europa e si dirige con un percorso quasi rettilineo verso sud-est per quasi 20 km sfrangiandosi poi nelle alture che circondano il lago di Viverone.

Nella sua corsa a valle il ghiacciaio Balteo levigò e arrotondò i fianchi delle montagne che si trovavano sul suo percorso trasportandone i materiali di corrosione, i quali mescolati alle formazioni del diluvio del Pliocene sottostante, formarono un incredibile miscuglio di fango, sabbia, ciottoli e massi enormi, che trasportato dalla massa glaciale si depose sul fronte e sui lati del ghiacciaio formando il maestoso Anfiteatro Morenico di Ivrea.

Si formarono così dei terreni estremamente particolari molto variegati nella composizione. Si possono trovare: micascisti, ortogneiss del Monte Rosa, quarziti bianche, gabbri nerastri, rocce vulcaniche viola, serpentiniti verdi, calcescisti giallastri, scisti cristallini, graniti del Monte Bianco, sabbie fossilifere, granuliti, ecc. Provengono dal disfacimento delle rocce dei grandiosi massicci del Monte Rosa, del Monte Bianco, del Cervino e del Gran Paradiso e sono perciò prevalentemente sabbiosi, abbondantemente frammisti a sassi e ciottoli di ogni dimensione. Sono molto poveri di materia organica e quindi di azoto, caratteristica importantissima per le produzioni di alta qualità per le basse rese che determinano nei vigneti. È generalmente presente una buona quantità di potassio, elemento utilissimo perché favorisce l’accumulo degli zuccheri nel grappolo durante il periodo di maturazione e di sostanze fosfatiche che maggiormente contribuiscono alla finezza dei vini. I terreni dell’Anfiteatro Morenico di Ivrea sono molto acidi e sono composti normalmente da un 70-85% da sabbie, 10-20% da limo e da un 5-10% da argilla che garantiscono un ottimo drenaggio ai vigneti.