הטמפרטורה יורדת ככל שמעפילים לגובה רב יותר. גבולות טווח הטמפרטורות אינם קיצוניים, כיוון שיוסמיטי נמצא במרחק של כ-160 ק"מ בלבד מהאוקיינוס השקט. אנטי ציקלון המתרחש בחוף של קליפורניה בקיץ גורם לתנועת כמויות גדולות של אוויר קר לעבר הסיירה נבדה, וכתוצאה מכך האוויר באזור יוסמיטי נקי ויבש.
הטמפרטורה הממוצעת ביום היא בין 3.9°C- ל-11.5°C בערבות טואולומי הנמצאות בגובה של 2,600 מטרים. הטמפרטורה היומית הממוצעת בשער ואוונה, הנמצא בגובה של 1,564 מטרים, היא בין 2.2°C ל-19.4°C. בגבהים שמתחת ל-1,525 מטרים הטמפרטורה גבוהה יותר; הטמפרטורה היומית הממוצעת הגבוהה בעמק יוסמיטי (1,209 מטרים) היא בין 7.8°C ל-32.2°C. בגבהים שמתחת ל-2,440 מטרים הטמפרטורות נקבעות לפי סופות רעמים קיציות תכופות, ביחד עם שלג שלעיתים יורד עד חודש יולי. השילוב של הצמחייה היבשה, הלחות הנמוכה יחסית וסופות הרעמים גורם לשרפות רבות הנגרמות כתוצאה ממכת ברק.
גאולוגיה.
מסלע.
בראשית ההתפתחות הגאולוגית של האזור נוצרו סלעי משקע דוגמת אבן גיר, אבן חול ופצלים, ששקעו במים רדודים ובשלבים מאוחרים יותר חלה בהם התמרה לשיש, לקוורציט, וללווחה. מחשופים של סלעים אלה מפוזרים בצפון ובמרכז הפארק. במערב הפארק מצויים סלעי גנייס וצפחה וסלעי ברקציה המורכבים מפצלים, מאבן טין ומצור עם תכלילים מאפיים.
הפארק מתאפיין בצוקי גרניט חשופים אותם חורצים עמקי U ובסלעים מותמרים קדומים. צורות הנוף באזור יוסמיטי ובתחומי הפארק נובעות מהבתולית הגרניטי הגדול של רכס הרי סיירה נבדה. כ-5% מסלעי הפארק נוצרו מהתמרת פרוטוליתים של סלעי משקע וסלעים געשיים. הסלעים המותמרים מצויים ברובם ליד הר דיינה. סלעים אלה היו בעבר הרחוק חלק מגג הבתולית, ולכן הם מכונים "תליוני גג".
המסלע והמבנים בפארק נוצרו בכמה שלבים:
טקטוניקה וגעשיות.
בפרקמבריון ובתחילת הפלאוזואיקון נמצא אזור יוסמיטי בשני שולי יבשת סבילים בדרומו של כדור הארץ. על קרקעיתו של הים הרדוד בתווך הצטברו סלעי משקע.
בין הדבון לפרם חלה התקרבות של שולי היבשות זה לעומת זה באמצעות הפחתה של לוח פָרָלוֹן אל מתחת ללוח הצפון-אמריקאי, ובעקבותיה השתנו שולי היבשת מסבילים לפעילים.. עם התפתחות געשיות בגבול בין הלוחות נוצרה בקרבון קשת איים. הרי הגעש של הקשת נוצרו בשוליים המערביים של לאורנטיה ומרכיבים כיום את מערבה של אמריקה הצפונית. לוח פרלון התפצל מאז ללוחות קטנים יותר, בהם חואן דה פוקה, קוקוס ונסקה.
בשלהי הטריאס, לפני כ-210 מיליון שנים, החלה געשיות תת-קרקעית שנמשכה אל תוך היורה והסתיימה לפני כ-150 מיליון שנים. לאחר שוך הגעשיות התגברה נדידתו של הלוח הצפון-אמריקאי לצפון-מערב. התנועה הטקטונית הובילה לאורוגנזת נבדה, במסגרתה חלה התמרת סלעי המשקע ונוצר רכס הרי נבדה שהתרומם לגובה של כ-4,500 מטרים. ברכס זה נוצרו מאוחר יותר הרי סיירה נבדה.
ביורה התרחשה סדרה של התפרצויות געשיות, שתוצריהן כיסו את סלעי הקרום. באותה עת חדרה מאגמה לסלעי הקרום ויצרה את הבתולית בעומק של כ-10 ק"מ מתחת לפני השטח, שגרם להתרוממות הרי סיירה נבדה. המחדר הורכב בעיקר מגרניט, וכ-95% מן הסלעים נסחפו מאוחר יותר בתהליך שהאיץ את התרוממות הרכס.
בקרטיקון התרחש שלב געשי תת-קרקעי שהחל לפני כ-120 מיליון שנים והסתיים לפני כ-80 מיליון שנים. שלב זה לווה בחדירה מגמטית והתרחש במקביל לאורוגנזה הסוויירית שפעלה על מערב אמריקה הצפונית, מקנדה בצפון ועד מקסיקו בדרום.
שלב געשי נוסף החל בנאוגן לפני כ-20 מיליון שנים והסתיים לפני כ-5 מיליון שנים, במהלכו התרחשו התפרצויות בהרי הגעש של רכס קסקייד שאינם פעילים כיום. התפרצויות אלה פלטו כמות גדולה של טפרה, שכיסתה את האזור שמצפון ליוסמיטי. געשיות זו נדדה אחר-כך ללונג ואלי בגבולו המזרחי של הפארק. בפליסטוקן, לפני כ-700,000 שנים, נוצרה הקלדרה של לונג ואלי באירוע געשי שפלט כמות טפרה המוערכת בכ-600 ק"מ3 – גדולה כמעט פי 600 מזו שפלט הר סנט הלנס בהתפרצות בשנת 1980. השלב הגעשי האחרון החל בסוף הפליסטוקן, לפני כ-60,000 שנה, והסתיים בהולוקן, לפני כ-600 שנים. תוצריו ניכרים בלועות מונו-איניו (Mono-Inyo) באזור אגם מונו ודרומית לו.
התרוממות, בליה וסחיפה.
בפליוקן, לפני 10 מיליון שנים, החלה התרוממות של הרי הסיירה נבדה לאורך העתק סיירה. תחילה חלה התרוממות אנכית ולאחר מכן נטייה של הגוש, שהגבירה את ההתרוממות ויצרה מדרונות מזרחיים מתונים ומדרונות מערביים תלולים יותר. השיפוע החד האיץ את זרימת המים בנחלים ובנהרות במורדות המערביים, ואלה התחתרו במסלע ביתר-שאת ויצרו עמקים תלויים ומפלים. שלב נוסף של התרוממות נבע מהתפתחותם של העתקים גדולים ממזרח ליוסמיטי, בייחוד היווצרותו של עמק אוונס, והתפתחות פרובינציית אגן ורכס. האצה נוספת של תהליך ההתרוממות התרחשה בפליסטוקן, לפני כ-2 מיליון שנים.
להתרוממות ההרים תרמה סחיפה, שהסירה את השכבות העליונות של המסלע והפחיתה את הלחץ על השכבות התחתונות. תהליכים אלה חשפו את סלעי הגרניט על-פני השטח, והובילו לבליה, להתכדדות, להיווצרות כיפות מעוגלות רבות בפארק, לתנועת בלית מסיבית ולהתפתחות סדקים רבים במסלע החשוף. ההתכדדות שפעלה על סלעי הגרניט האחראית להיווצרות כיפות דוגמת חצי כיפה והכיפה הצפונית וקשתות טבעיות דוגמת "הקשתות המלכותיות" (Royal Arches). ההתרוממות והסחיפה התגברו בפליסטוקן עם היווצרות קרחונים, שהותירו בדרכם דרדרות ומשקעים קרחוניים על קרקעית העמקים.
מיקום ואיכות הסחיפה נשלטים על ידי מישורי הסידוק האנכיים הרבים שנוצרו במסלע. סדקים אלה – שחלקם הגדול עמוק מאוד ונוטה לצפון-מערב או צפון-מזרח – מקבילים זה לזה ויוצרים מערך סדור בעל מרווחים קבועים. בניגוד להעתקים לא מתרחשת תזוזה של המסלע לאורך הסדקים. המרווחים בין הסדקים נקבעים על ידי תכולת הסיליקה בסלעים: תכולה גבוהה מספקת עמידות רבה יותר של סלעים דוגמת גרניט וגרנודיוריט לבליה, ולכן נוצרים בהם מרווחים גדולים יותר בין הסדקים. עמודי סלע דוגמת "עמוד וושינגטון" (Washington Column) ו"החץ האבוד" (Lost Arrow) נוצרים על ידי סדקים מוצלבים. הסחיפה שפעלה על הסדקים הראשיים אחראית להיווצרות העמקים, ומאוחר יותר להיווצרות הקניונים.
עיצוב קרחוני.
הגורם העיקרי לסחיפה במיליוני השנים האחרונות היה קרחון יבשתי אלפיני גדול, שהפך עמקי נהר כגון עמק יוסמיטי ועמק הץ' הצ'י שצורתם כדומת האות הלטינית V לעמקים קרחוניים בצורת האות U.
סדרת של תקופות קרח שהחלו לפני 2–3 מיליון שנים והסתיימו לפני כ-10,000 שנים גרמו אף הן לשינויים בפני האזור. באזור סיירה נבדה התרחשו לפחות ארבע תקופות קרח עיקריות, שכינוייהן המקומיים: "שרווין" או "קדם-טאהו" (pre-Tahoe) היא הקדומה ביותר ואחריה: טאהו, "טֶנָיָה" ו"טיוגה". הקרחונים נוצרו על ידי הצטברות שלג וקרח בשטחי המרעה ההרריים העליונים. הקרחונים של תקופת שרווין היו הגדולים ביותר, ואילו הקרחונים שנוצרו בתקופות הקרח המאוחרות יותר היו קטנים יותר. קרחונים מתקופת "שרווין" אחראיים כנראה ליצירתו ולעיצובו של עמק יוסמיטי, כמו גם ליצירתם ולעיצובם של עמקים וקניונים אחרים באזור. באמצעות תנועה, סחיפה והפשרה הפכו הקרחונים ההרריים עמק או קניון נהרי בצורת V לעמק או קניון קרחוני בצורת U, כפי שעשו בעמק יוסמיטי ובעמק "הֶץ' הֶצ'י". עוביים של הקרחונים שהשאירו את חותמם על אזור יוסמיטי הגיע ל-1,200 מטרים. הקרחון הארוך ביותר שהיה באזור נע לתוך "הקניון הגדול" של הנהר טואולומי לאורך כ-95 ק"מ, כשהוא עובר את עמק הֶץ' הֶצ'י בפארק הלאומי יוסמיטי. קרחון מרסד זרם מעמק יוסמיטי לתוך ערוץ הנהר מרסד. קרחון אחר גילף את "קניון לי ויינינג" והתנקז לתוך אגם ראסל.
רק הפסגות הגבוהות ביותר, דוגמת הר דיינה (3,981 מטרים), הר לייל (3,997 מטרים) והר קוֹנֶס (2,630 מטרים) – לא כוסו בקרחונים. הקרחונים הותירו מוֹרֶנוֹת קצה נסוגות שסכרו אגמים דוגמת אגם יוסמיטי – אגם עונתי רדוד באורך של 9 קילומטרים שכיסה את רוב קרקעית עמק יוסמיטי.
המחלוקת על היווצרות העמק.
אופן היווצרותו של עמק יוסמיטי היה נושא לדיון החל משנת 1851. ההשקפה שהייתה מקובלת באותה תקופה הייתה כי העמק נוצר כתוצאה מאסון טבע דוגמת רעידת אדמה חזקה מאוד שגרמה להיווצרות גראבן – גוש שקוע המצוי בין העתקים. השקפה זו הוצעה על ידי פרופסור ג'וזיה ויטני (Josiah Dwight Whitney; 1819–1896), פרופסור לגאולוגיה באוניברסיטת הרווארד ויו"ר המכון הגאולוגי של קליפורניה.
השקפה שונה מזו של ויטני הוצעה על ידי ג'ון מיור – חוקר טבע וגאולוג – לפיה נוצרו העמק ואתרים נוספים ביוסמיטי כתוצאה מפעילות קרחונית. ויטני התייחס למיור בזלזול, לעג לו כחובבן חסר-ידע ובור ואף כינה אותו "רועה צאן".
מיור אכן עסק במשך תקופה מסוימת ברעיית צאן, אך התאוריה שלו התקבלה גם על דעתו של לואי אגסי – מדען בעל שם עולמי שבשנת 1837 העלה השערה הנוגעת לקיומו של עידן הקרח והיה מראשוני חוקרי הקרחונים באמריקה הצפונית. אגסי שיבח את מיור והגדיר אותו כ"אדם הראשון שמצאתי אי-פעם כבעל תפיסה הולמת על פעילות קרחונית". לעומת אגסי התעקש ויטני על דעתו, אף שבמהלך חייו נמצאו ראיות לפעילות קרחונית באזור יוסמיטי. ראיות אלה לא קיבלו ביטוי בדיווחיו והוא לא שינה את דעתו עד יומו האחרון.
ביולוגיה.
פלורה ופאונה.