Là nơi khô cằn nhất trên thế giới, sa mạc thường có lượng bức xạ mặt trời lớn, nhiều cát và gió nóng luôn thổi mạnh tạo ra rất nhiều trận bão cát. Lý do chính cho sự hình thành sa mạc là tác động của khí hậu. Các khu vực sa mạc có khí hậu nóng và khô và lượng mưa thưa thớt. Lượng mưa trung bình hàng năm của sa mạc toàn cầu là khoảng 250 mm.
Sa mạc đôi khi có mưa lớn đột ngột. Tuy nhiên, do hạn hán kéo dài ở các khu vực sa mạc, nhiệt độ bề mặt cao, dẫn đến sự bốc hơi lớn hơn nhiều so với lượng mưa, lượng mưa ngắn nhanh chóng bị bốc hơi khô.
Ngoài lượng mưa thấp, yếu tố nhiệt độ là một trong những lý do chính tạo nên sa mạc. Sự khác biệt nhiệt độ giữa ngày và đêm của sa mạc cũng rất lớn, nhiệt độ bề mặt ban ngày vào mùa hè có thể đạt khoảng 60°C, nhưng ban đêm sẽ giảm xuống khoảng 0 độ. Sự khác biệt nhiệt độ như vậy hầu như không có sinh vật có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt này.
Đặc điểm độc đáo của sa mạc chính là sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm lớn. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột này gây áp lực lên các kiến trúc đá của khu vực, khiến chúng nứt vỡ ra.
Quá trình này kết hợp với những cơn gió khô thường trực trong sa mạc tiếp tục gây nên sự xói mòn. Điều này lặp đi lặp lại trong nhiều thiên niên kỷ hình thành nên rất nhiều cát trong sa mạc như chúng ta thấy hiện giờ.
Về cơ bản, cát sẽ tự phân loại theo kích cỡ. Những mảnh cát lớn hơn và nặng hơn sẽ nằm ở dưới đáy, trong khi đó phần cát mịn như bùn sẽ nằm trên bề mặt, nơi chúng lại tiếp tục hỗ trợ quá trình phong hóa của gió.
Như vậy, cát trong sa mạc hình thành nhờ vào sự kết hợp của quá trình phong hóa của gió và điều kiện thời tiết đặc trưng của sa mạc với nền nhiệt độ thay đổi chênh lệch lớn giữa ngày và đêm. Mặc dù vậy, không phải sa mạc nào cũng có nhiều cát, chúng có thể được bao phủ vởi sỏi hoặc đá tùy thuộc vào điều kiện hình thành.
Các sa mạc ở những nơi khác nhau có độ dày của các lớp cát khác nhau, ngay trong cùng một sa mạc thì độ dày của các lớp cát ở các vị trí khác nhau cũng khác nhau. Thường thì rìa sa mạc là nơi cát mỏng nhất. Theo thống kê, độ dày trung bình của các sa mạc trên thế giới vào khoảng 3,5 mét. Vậy nếu tất cả cát trong sa mạc bị đào bới, những gì sẽ xuất hiện dưới cùng?
Bởi vì sự hình thành đặc biệt của sa mạc, dẫn đến sa mạc thực sự có một "kho báu" phong phú. Sa mạc được tạo ra bởi cát và sỏi do gió lớn mang lại để che đậy vùng đất phong phú.
Và do cấu trúc “lỏng lẻo” đặc biệt của lớp cát sa mạc, một số lượng lớn nước trong lượng mưa đi qua các lớp cát thông qua các khoảng trống, làm cho nhiều khoáng chất được lưu trữ trong lớp đất, tạo thành đất màu mỡ. Ngoài ra, thành phần chính của cát là oxit canxi, phản ứng xảy ra trong quá trình lưu trữ nước lặp đi lặp lại như vậy có thể tạo ra canxi cacbonat, sau khi lắng đọng từ từ sẽ dần dần hình thành một lớp bùn cứng ở bên dưới.
Đặc biệt, bên dưới của lớp bùn thì sa mạc còn chứa nhiều loại tài nguyên khoáng sản phong phú, chẳng hạn như đồng, quặng sắt và thậm chí cả vàng, bạc có thể bị chôn vùi dưới sa mạc, cuối cùng là các lớp đá.
Trên thực tế, cho dù đó là sa mạc, đại dương hay các đặc điểm địa hình khác, nếu bạn loại bỏ nước, trầm tích… và đào sâu xuống lòng đất, cuối cùng bạn sẽ gặp phải những tảng đá cứng. Nếu chúng ta có thể đào hết cát ở sa mạc Sahara, thứ lộ ra cũng sẽ là đá cứng.
