初始的大陆裂谷作用发生在三叠纪，最迟在1.6亿年前，北大西洋首先在北美与非洲之间打开，至侏罗纪末，中大西洋可能张开达一千公里的宽度。白垩纪中期，伊比利亚半岛与欧洲之间张裂，打开了比斯开湾。晚白垩世，大西洋裂谷向北延入北美大陆与曾属于欧亚板块的格陵兰之间。
南大西洋的张裂约始于早白垩世，但最初的裂谷作用发生在晚侏罗世，当时沿南美洲和非洲边缘曾出现碱性玄武岩喷溢。南大西洋单侧的扩张速度平均在2cm/year。
晚中生代以来，大西洋逐渐展宽并加深，距今11000-9000万年前，南北大西洋开始联通，到新生代，大西洋成为唯一贯通南北极地区的大洋。