Στο έρημο –σήμερα– τοπίο της Θηρασίας διακρίνονται ακόμη τα ίχνη της παλαιότερης ανθρώπινης δραστηριότητας και εκμετάλλευσης της γης. Το μικρό και απομονωμένο νησί, μέλος του συμπλέγματος νησιών της Σαντορίνης, αποτέλεσε από το 2007 το αντικείμενο συστηματικής έρευνας μίας πολυεπιστημονικής ομάδας πανεπιστημιακών δασκάλων και φοιτητών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, του Πανεπιστημίου Κρήτης, του Ιόνιου Πανεπιστημίου και του Ινστιτούτου Τεχνολογίας και Έρευνας της Κρήτης, υπό τον συντονισμό της ομότιμης καθηγήτριας του Τμήματος Αρχιτεκτόνων του ΑΠΘ, Κλαίρης Παλυβού.
Στόχος της έρευνας, τα αποτελέσματα της οποίας παρουσιάστηκαν στη Θεσσαλονίκη, σε συμπόσιο με τίτλο «Διαχρονικοί Νησιωτικοί Πολιτισμοί. Η περίπτωση της Θηρασίας», ήταν να αναγνωρίσει τα ίχνη του παρελθόντος και να αποδώσει στο νησί τη θέση που του αναλογεί στο βιβλίο της ιστορίας.
Η έρευνα κινήθηκε στα επιστημονικά πεδία της αρχαιολογίας, της γεωλογίας, της χωροταξίας, της αρχιτεκτονικής και της κοινωνικής ανθρωπολογίας και τα πορίσματά της, πέραν της ιστορικής και επιστημονικής τους αξίας, θα αποτελέσουν τη βάση για τον σχεδιασμό μίας ήπιας ανάπτυξης, που θα αξιοποιήσει τα ιδιαίτερα φυσικά και πολιτισμικά χαρακτηριστικά του νησιού.
Η πρώτη ηφαιστειακή δράση στην περιοχή της Θηρασίας εκδηλώθηκε πριν από περίπου 1 εκατομμύριο χρόνια. Στη συνέχεια, ανάμεσα στη σημερινή Θηρασία και τη βόρεια Θήρα δημιουργήθηκε ένα μεγάλο ασπιδόμορφο ηφαίστειο μεταξύ 530000 και 430000 π.Χ. Έκτοτε άρχισαν οι μεγάλες εκρήξεις στη Σαντορίνη, περίπου κάθε 20.000 χρόνια. Η καλντέρα, που δημιουργήθηκε από την ηφαιστειακή δράση, ήταν μία τεράστια εκρηξιγενής χοάνη, η οποία κατακλύστηκε από τη θάλασσα, ενώ συνέχισε να αναβλύζει το μάγμα και σιγά-σιγά οικοδομήθηκε ένα χερσαίο όρος. Αυτός ο κύκλος καταστροφής και ανοικοδόμησης του ηφαιστείου επαναλήφθηκε στη Σαντορίνη 12 φορές τα τελευταία 360.000 χρόνια, σύμφωνα με τον δρα Γιώργο Βουγιουκλάκη, που μελέτησε τη γεωλογική δομή και εξέλιξη της Θηρασίας.
Η έκρηξη του 1500 π.Χ. –μία από τις μεγαλύτερες του πλανήτη– κάλυψε τα νησιά με στρώμα τέφρας, που έφτασε τα 60 μέτρα πάχος, καταπόντισε περιοχές και διεύρυνε την περιφέρεια, προσθέτοντας μεγάλες επίπεδες εκτάσεις. Την εποχή εκείνη ανθούσε στη Θήρα ένας σπουδαίος πολιτισμός με κυκλαδικές ρίζες και πολλά κοινά στοιχεία με τον σύγχρονο μινωικό πολιτισμό της Κρήτης. Κατάλοιπα του πολιτισμού αυτού ήρθαν στο φως από τις ανασκαφές στην τοποθεσία Ακρωτήριο, θαμμένα κάτω από το στρώμα ελαφρόπετρας που σκέπασε το νησί. Πέρασαν πάνω από έξι αιώνες, ωσότου κατοικηθεί και πάλι το νησί στη νέα του μορφή: Τη Θήρα και τη Θηρασία. Τα δύο νησιά ακολούθησαν έκτοτε τη μοίρα των υπόλοιπων νησιών του νοτίου Αιγαίου.
Οι κατακλυσμοί, που ακολούθησαν τη μεγάλη έκρηξη του ηφαιστείου στα μέσα της 2ης χιλιετίας π.Χ., χάραξαν βαθιά το στρώμα της τέφρας, που είχε καλύψει τη Θηρασία, σχηματίζοντας χαράδρες και φυσικούς χειμάρρους. Στις παρειές των χειμάρρων αυτών αναπτύχθηκαν αργότερα οι υπόσκαφοι οικισμοί: Τα Βολιά, η Αγριλιά, ο Τραχηλάς και ο Ποταμός, ο μόνος που κατοικείται σήμερα. Παλαιότερος φαίνεται να είναι ο οικισμός στα Βολιά, ερειπωμένος και χαμένος σήμερα μέσα στην πυκνή βλάστηση. Ο Μανωλάς, ο κύριος οικισμός του νησιού, και η Κερά κτίστηκαν στο φρύδι της καλντέρας, ενώ ο Κόρφος και η Ρίβα είναι τα λιμάνια.
Η αρχαιολογική έρευνα επιφανείας, δηλαδή η προσπάθεια ανάγνωσης του τοπίου της Θηρασίας, μέσα από τις αλλαγές στις διαδοχικές ιστορικές του μορφές, με τη συλλογή και ανάλυση της κεραμικής, προσδιόρισε τους βασικούς άξονες του οικιστικού σχήματος και εντόπισε σημαντικές αρχαιολογικές θέσεις. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας, που παρουσίασαν ο αρχαιολόγος, αν. καθηγητής του Ιονίου Πανεπιστημίου, Κώστας Σμπόνιας και η αρχαιολόγος Μάγια Ευσταθίου, στη θέση Κοίμηση εντοπίστηκε προϊστορικός οικισμός της Πρώιμης και Μέσης Εποχής του Χαλκού, ενώ από την Αρχαϊκή περίοδο και εξής το κέντρο κατοίκησης εντοπίστηκε στο νοτιοανατολικό τμήμα του νησιού, στην κορυφή του προφήτη Ηλία. Πύργος της Ελληνιστικής εποχής εντοπίστηκε στη θέση Χριστός, ενώ στην ύστερη αρχαιότητα παρατηρήθηκαν εντατικές χρήσεις γης.
Κύριο χαρακτηριστικό του αγροτικού τοπίου της Θηρασίας είναι οι πεζούλες και οι εντυπωσιακές ξερολιθιές που τις αντιστηρίζουν. Καλύπτουν περίπου το 70% της επιφάνειας του νησιού, αφήνοντας αδιαμόρφωτες και ακαλλιέργητες μόνο τις απότομες πλαγιές της καλντέρας. Σήμερα καλλιεργείται μόλις το 8% της επιφάνειας.
Στα άνυδρα ηφαιστειογενή εδάφη της Θηρασίας η σχέση του νερού με τον χώρο βασίστηκε στη σοφή διαχείριση των πόρων, αποτελώντας πρότυπο περιβαλλοντικής οικονομίας. Δίκτυα για τη συλλογή των ομβρίων υδάτων και τη συγκέντρωση σε υδατοδεξαμενές εκτείνονται σε όλο το νησί. Οι σημαντικοί οικισμοί της Αγριλιάς και του ποταμού αναπτύχθηκαν κατά μήκος των δύο μεγαλύτερων χειμάρρων της Θηρασίας, που συμπίπτουν με τα μεγαλύτερα υπόγεια ρεύματα, συγκεντρώνοντας σημαντικές ποσότητες νερού. Στις εκβολές τους βρίσκονται τα μεγαλύτερα σε όγκο νερού πηγάδια.