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성산 일출봉은 중기 홍적세 때 얕은 바다에서 화산이 분출되면서 형성되었다. 일출봉은 커다란 사발모양의 평평한 화구가 섬 전체에 걸쳐 있어 다른 화산구와는 구별되는 매우 특이한 형태를 하고 있다.
 
일출봉을 중심으로 하는 성산포 해안 일대는 청정해역으로 동남쪽의 해안은 비교적 넓은 조간대가 있는데, 암석지대·자갈지대·모래사장 등이 있다. 그 외 해안식물은 녹조류·갈조류·홍조류 등 총 127종이 발견되어 우리나라대한민국의 해조상을 대표할 수 있는 다양한 종류의 해조류가 자라고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 이곳은 제주분홍풀, 제주나룻말로 지칭되는 신종 해산식물의 원산지로 세계적으로 주목을 받고 있는 지역이기도 하다. 해산동물의 경우 총 177종이 있는 것으로 밝혀졌으며, 그 중에 많은 한국산 미기록종이 포함되어 우리나라대한민국 해산동물의 분포상을 연구하는데 매우 주목되는 지역이다.
 
성산 일출봉 천연보호구역은 일출봉의 지형·지질·경관적 특성과 주변 1km 연안 해역의 식생이 우리나라 해양생물의 대표적인 특성을 보존하고 있으며, 특히 한국산 신속 및 신종 해조류의 원산지이기 때문에 천연기념물로 지정하여 보호·관리하고 있다.