La lithosphère, partie superficielle de la Terre, ne forme pas une coquille constituée d'un seul bloc. Elle se compose d'une mosaïque de plaques animées de mouvements lents : elles s'écartent, se rapprochent ou coulissent l'une par rapport à l'autre. C'est la tectonique des plaques.

Localement, il y a environ 65 millions d'années, une convergence des plaques ibérique et eurasienne s'opère. La microplaque ibérique passe alors sous la plaque européenne initiant la formation des Pyrénées.

Les frontières des plaques lithosphériques sont donc le siège de tensions et de contraintes. Au lieu d'occasionner une déformation continue, molle et silencieuse, les tensions s'accumulent petit à petit avant de se relâcher brutalement. Aujourd'hui, l'interaction entre les deux plaques semble s'être atténuée car les mesures GPS actuelles ne traduisent pas de réel mouvement de convergence ou de divergence à cette échelle. Cependant, des mouvements plus localisés sont induits par une sismicité modérée toujours présente dans l'ensemble des Pyrénées.

La frontière entre deux plaques se traduit par la présence d'un faisceau important de failles. Dans les Pyrénées, le principal faisceau de failles correspond à la faille nord-pyrénéenne (FNP) qui court grosso modo de St-Paul de Fenouillet (Pyrénées-Orientales) jusqu'au Pays Basque.

Comme le relâchement des tensions le long des failles engendre des séismes, une grande partie (mais pas toute) de l'activité sismique des Pyrénées s'observe à proximité de la FNP. Elle est engendrée par des glissements le long de failles transverses. Mais il existe de multiples failles ou systèmes de failles (failles de la Têt, du Tech...), ce qui multiplie les zones sismiques dans le massif pyrénéen.

Les observations scientifiques montrent que la grande majorité des séismes dans les Pyrénées est liée à des glissements "en extension" et non en compression comme on aurait pu le croire à cause du contexte de rapprochement des deux plaques. Les récentes études mettent en lumière deux hypothèses à ce mécanisme survenant le long des failles. L'une d'entre elles repose sur le fait que la sismicité des Pyrénées résulte du rebond isostatique post-glaciaire. Autrefois sujet au poids de la calotte glaciaire dont la fonte s'est opérée il y a seulement 10 000 ans, la croûte allégée a entamé une remontée. Un tel processus, toujours en cours aujourd'hui, entraine un régime d'extension dans la partie supérieure de la croûte, là où l'on observe la sismicité des Pyrénées. D'autre part, on pense également que cette sismicité pourrait être induite par la différence de densité des blocs qui constituent la croûte pyrénéenne. Dans les deux cas, ce sont des processus gravitaires qui seraient à l'origine de la sismicité actuelle.

Depuis les années 60 s'est développé un réseau de stations sismologiques permettant de détecter, localiser et évaluer les tremblements de terre dans la chaine. Cette sismicité instrumentale montre que des séismes sont enregistrés dans l'ensemble du massif. Ils sont effectivement plus nombreux dans les Pyrénées occidentales, principalement regroupés à proximité de la FNP, alors que la distribution est plus diffuse à l'Est.

Au nord-ouest de Pau, on peut remarquer l'essaim de sismicité qui n'est pas d'origine tectonique mais lié à l'extraction du gaz du bassin de Lacq et aux activités industrielles qui y continuent.

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