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Geológicamente, el lago es bastante joven, aproximadamente de una edad pre-Pleistocena o Pleistoceno medio. A lo largo de su historia el nivel de sus aguas ha fluctuado significativamente, especialmente a raíz del fenómeno de captura del río Tuy (que antes drenaba hacia el Lago de Valencia) por el cauce actual de dicho río que drena ahora hacia el Caribe, lo que dio origen al desecamiento progresivo de sus aguas y a la formación de extensas planicies de sedimentos lacustres que convierten a sus riberas en importantes centros agrícolas. Ya Alexander von Humboldt mencionaba la creencia de que el lago podía evaporarse.
Sin embargo, en la actualidad se está agravando el problema del aumento del nivel del lago, debido al transvase de las aguas de la cuenca del Orinoco (embalses de Pao Cachinche y Pao La Balsa, en el río Pao) que se hace hacia la cuenca endorreica del Lago de Valencia, sin haber hecho los canales de drenaje para las aguas sobrantes con el fin de sacarlas de la cuenca antes de que lleguen a un nivel inferior al de salida de la cuenca por gravedad, por el antiguo curso del río Cabriales. Como consecuencia de ello, los niveles de contaminación de sus aguas también han venido aumentando debido a la importante industrialización de las ciudades de Maracay y Valencia, cuyas aguas servidas son vertidas directamente al lago, en gran parte, sin un tratamiento previo, lo que hace poco atractivo el desarrollo de actividades turísticas o recreacionales. Actualmente están en ejecución los proyectos que permitirán el saneamiento de la cuenca del lago mediante una serie de obras como la adecuación de las plantas de tratamiento de Los Guayos, La Mariposa y Taiguayguay entre otras.
