Santorin se trouve sur un arc volcanique au milieu de la mer Egée. Cet arc est le résultat de la tectonique des plaques africaine et eurasienne, la plaque africaine plongeant sous la plaque eurasienne à raison de 2 cm/an.
Il y a 3500 ans, l'ile a la forme d'un volcan de 900 mètres d'altitude. Des habitats humains existent à Akrotiri et sur le site de l'antique Théra.