По подсчетам вулканологов, возраст Толбачиского массива превышает 12 тыс. лет. Сложное геологическое образование состоит из двух контрастирующих по происхождению и характеру активности вулканов, сформировавших единую систему. Это:
- Острый Толбачик. Древний, потухший много веков назад, стратовулкан высотой около 3,7 тыс. метров. Своим появлениям обязан взрывным извержениям обломочных пород, а своим разрушением — Плоскому «соседу», активность которого спровоцировала грандиозный обвал южного склона и части вершины. Сегодня вулканический конус, сильно пострадавший от влияния ветров и воды, превратился в остроконечные скалистые пики, напоминающие о былом величии.
- Плоский Толбачик. Молодой, но полный сил вулкан щитового типа не единожды тревожил Камчатку трещинными (боковыми) прорывами текучей лавы. Плоский образовался на полуразрушенной платформе Острого «предшественника», отрастив конус высотой 3085 метров. На вершине зияют две крупные кальдеры, «вложенные» одна в другую. Диаметр большой наружной кальдеры превышает 3 км. Диаметр маленькой внутренней кальдеры составляет 1,8 км, а ее глубина достигает 400 метров. К вершине ведут относительно пологие склоны, изрезанные многочисленными разломами, между которыми поднимаются 120 невысоких шлаковых конусов. Даже в периоды затишья Плоский Толбачик не спит, а лишь дремлет, поддерживая непрерывную фумарольную активность, выделяя горячие газы и пар. Эти газы несут минеральные вещества, которые кристаллизуются на поверхности, образуя затейливые подтеки из кристаллов. Некоторые редкие минералы были впервые обнаружены именно на склонах Плоского. Это подтверждает его геологическую уникальность.
Толбачинский массив — динамическая система, меняющаяся в зависимости от «капризов» магматического очага. Непрекращающаяся вулканическая эволюция заставляет вулканологов постоянно держать вулкан под контролем, чтобы не пропустить потенциальные угрозы для близлежащих населенных пунктов.