Em 1848, José Saturnino da Costa Pereira escreveu que, do arquipélago de Santana à ponta Benevente, no Espírito Santo, a praia se afasta consideravelmente da cadeia montanhosa do interior e deixa um intervalo que, em alguns pontos, chega a 13 léguas, formando um terreno chato, e muito baixo.
O autor percebe claramente o divisor de duas formações costeiras na altura da foz do rio Macaé. Abaixo do arquipélago de Santana, a zona cristalina encosta no mar. Acima dele, até a foz do rio Itapemirim, o mar se afasta da montanha, como que empurrado por formações continentais novas.
Sem conhecimentos de geologia, José Saturnino compreendeu a costa acima do Arquipélago de Santana melhor do que o geólogo canadense Charles Frederick Harrt, no livro «Geologia e geografia física do Brasil», de 1870. Enquanto o primeiro escreve que a costa se afasta das montanhas, Harrt entende que as montanhas se afastam da costa. De fato, nesta vasta área, encontram-se três unidades de tabuleiro (Formação Barreiras), quatro planícies fluviais (Itapemirim, Itabapoana, Paraíba do Sul e Macaé) e três restingas (Marobá, Paraíba do Sul e Carapebus) constituem um gigantesco aterro construído por agentes continentais e marinhos, afastando o mar das formações cristalinas.
Precisando mais, pode-se dizer que a costa acima do rio Itapemirim e abaixo do rio Macaé caracteriza-se pelo contato direto do mar com o cristalino. Entre os dois rios, ela foi afastada do mar por acréscimos continentais relativamente recentes em termos geológicos. Assim, a costa abaixo do rio Macaé se assemelha à costa acima do rio Itapemirim. Entre os rios Itapemirim e Macaé, estende-se a Ecorregião de São Tomé.
A zona serrana, o mais antigo dos terrenos, é autóctone, ou seja, formou-se onde está ou já existia quando África e América se separaram. O material para a formação dos tabuleiros e das planícies aluviais veio dela. O material formador das restingas provém do mar. Para a formação desse aterro, muito contribuíram as bacias do Itapemirim, do Itabapoana, do Guaxindiba, do Paraíba do Sul, do Ururaí e do Macaé, todas elas desembocando no mar. A contribuição do rio Paraíba do Sul foi a maior.
O nome Ecorregião de São Tomé homenageia o cabo do mesmo nome, que se situa a meio caminho entre os rios Itapemirim e Macaé, tendo sido, no século XVI, o principal ponto de referência para navegadores europeus nesse trecho da costa. Assim, diríamos que a ecorregião, além da zona costeira, compreende também o noroeste fluminense, o sul capixaba e parte da Zona da Mata Mineira.
Os principais rios que drenam a ecorregião de São Tomé são o Itapemirim, o Itabapoana, o Guaxindiba, o Paraíba do Sul (o maior da ecorregião) A bacia do Ururaí engana por ser uma combinação de rios e lagoas, além de ligar-se ao Paraíba do Sul por vias superficiais e subterrâneas. Por fim, o rio Macaé.
Entre os rios Itapemirim e Itabapoana, existem várias pequenas bacias hídricas com nascente nos tabuleiros e foz no oceano. No trecho costeiro entre os rios Itabapoana e Guaxindiba, há outros tantos. Já entre o Guaxindiba e o Paraíba do Sul, os sistemas hídricos orientam-se paralelamente à costa por estarem embutidos numa restinga que se formou com transgressões e regressões do mar. Do Paraíba do Sul ao Macaé, tanto encontram-se sistemas hídricos perpendiculares quanto paralelos à costa.
As formações vegetais nativas se interligam. Na zona cristalina da margem direita do Paraíba do Sul, prepondera a Mata Atlântica Ombrófila Densa, com campos de altitude nas partes elevadas. Na margem esquerda, a umidade escassa leva a Mata Atlântica a se adaptar a na forma de Mata Atlântica Estacional Semidecidual, com perdas de 20% a 50% de folhas na estação seca.
Esse tipo de floresta colonizou as duas unidades de tabuleiros, formação geológica relativamente recente. Algumas espécies dessa mata entraram nas restingas. Nos pontos mais altos da planície aluvial, formaram-se matas higrófilas densas de baixada. A planície aluvial permitiu apenas o desenvolvimento de vegetação rasteira nas terras secas e vegetação aquática nas áreas úmidas (formação pioneira de influência fluvial). Por fim, nos estuários, a vegetação característica é o manguezal, proveniente do próprio mar (formação pioneira de influência fluviomarinha).
Para melhor compreensão da ecorregião de São Tomé, cabe considerar a ecorregião da Zona da Mata de Minas Gerais. A partir do século XVIII, intensificaram-se as relações comerciais entre ambas através dos rios Itabapoana, Muriaé e Pomba.
