Au cours des périodes froides des deux derniers millions d'années (ère quaternaire), les méandres de la Seine ont changé de forme jusqu'à parfois se recouper. Par exemple, la boucle de Brotonne est de nos jours asséchée et recouverte de forêts.

Avant l'endiguement de 1856, le lit de la Seine s'étalait sur plus d'un kilomètre de large. La régularisation de l'écoulement a permis de limiter la largeur du fleuve à 300 mètres, de stabiliser les bancs de sable et de maintenir une profondeur de chenal adaptée à la navigation des navires de haute mer desservant Rouen.

Fleuve à faible pente (dénivellé de 26 m sur 350 km), et à embouchure en forme d'entonnoir, la Seine fut au siècle dernier soumise à un phénomène naturel curieux : le mascaret.

Accusé à tort d'être responsable de la mort de Léopoldine Hugo, le mascaret est tristement célèbre en Val de Seine. Depuis disparu dans sa phase spectaculaire, suite aux travaux d'endiguement de la Seine, le mascaret est une haute vague déferlante remontant la mer dans un estuaire (surtout lorsque celui-ci est en forme d'entonnoir avec faible dénivellation) lors des marées d'équinoxe. En effet, les eaux maritimes remontant le fleuve, se heurtent aux eaux descendantes de celui-ci, créant ainsi une vague pouvant atteindre 2,5 m de haut. Ce phénomène, aussi appelé la "barre" ou le "flot" en Val de Seine est effectivement dangereux pour la navigation et fut à l'origine de nombreux décès. Pour réduire ces risques, des travaux considérables ont été réalisés, changeant le visage de la Seine : de nombreux marais ont été asséchés et les îles et bancs de sable qui encombraient le fleuve ont complètement disparu.

C'est notammment le cas de l'île de Belcinac. Cette île, située entre Vatteville et Villequier, était un banc d'alluvions apportées par la mer. Hormis le fait que ses rives subissaient une érosion due au mascaret, l'histoire de Belcinac oscillait entre apparition et disparition. Elle fut notamment submergée jusqu'en 1330. Ce n'est que lors de sa réapparition que l'on constata que le monastère érigé dessus avait disparu. En 1740, l'île de Belcinac fut submergée définitivement. Ce n'est qu'après les travaux d'endiguement de 1948 que le cours du fleuve fut vraiment domestiqué, le mascaret disparu ne faisant plus sentir aujourd'hui qu'un léger flot en port de Rouen, et l'île de Belcinac faisant partie intégrante des terres.