В плиоцене имели место акчагыльская, апшеронская и бакинская трансгрессивные фазы.
Последняя, происходившая на грани плиоцена и постплиоцена, отделяется от последующей, хазарской, фазы континентальными накоплениями, соответствующими по времени сингильско-косожской регрессии Каспия.
Постплиоценовая история развития Каспийского бассейна включает две главные трансгрессивные (и ингрессивные) фазы — хазарскую и хвалынскую, которые разделяются отложениями ательского времени.
Происходившие после хвалынской трансгрессии осцилляции береговой линии моря в кемрудское, джорджанское и саринское времена захватили наиболее низкие участки и не выходили за пределы отрицательных отметок.
Вместе с тем, позднейшими исследованиями установлено существование нескольких регрессивных и трансгрессивных стадий развития хвалынского бассейна, что свидетельствует о смене озерно-морской равнины в своем развитии стадией аллювиально-дельтовой равнины. Эта стадия сопровождалась широким развитием эрозионно-аккумулятивных процессов, возникновением сети ложбин стока, бэровских бугров, песчаных отложений, развевание которых, как отмечает А. Д. Архангельский (1934), положило начало образованию обширных площадей подвижных песков.
Таким образом, поверхность территории Каспийской низменности слагают в основном литологически разнообразные, главным образом древнеозерные (морские) отложения последнего обширного хвалынского бассейна. Эти озерно-морокие сильно денудированные отложения, представленные глинами, суглинками и супесями, являются основной почвообразующей породой северной части Каспийской низменности с развитыми здесь каштановыми почвами.