L'île de Fayal est composée de quatre unités volcano-structurales, le Galégo, le volcan central, le graben et les zones fissurales. Les trois premières d'entre elles se caractérisent chacune par une séquence pétrographique allant de basaltes alcalins porphyriques à plagioclase, à des trachytes. Les variations minéralogiques et géochimiques (majeurs et traces) sont cohérentes avec un modèle de différenciation par cristallisation fractionnée de plagioclase–salite–olivine–titanomagnétite–kaersutite–apatite, opérant à partir de liquides primaires de compositions voisines. Cependant, les benmoréïtes du volcan central, essentiellement post-caldeiriques, correspondent à des mélanges entre un magma basaltique d'origine profonde remonté à la faveur de l'ouverture du graben, et un magma déjà différencié situé dans la chambre magmatique. Les zones fissurales émettent exclusivement des basaltes alcalins et des hawaïtes porphyriques à olivine et clinopyroxène. Les variations des teneurs en Cr, Co, Ni, Sc, MgO et Al2O3 traduisent le fractionnement du couple olivine–clinopyroxène. Les variations du rapport La/Lu montrent que ces laves dérivent de liquides primaires ayant des teneurs en terres rares lourdes légèrement différentes et traduisant des proportions de grenat résiduel variables.Les liquides primaires de ces quatre unités proviennent d'une source mantélique géochimiquement homogène qui se distingue nettement de celles des autres îles. Il est probable que l'évolution volcanologique de Fayal soit étroitement gouvernée par le jeu de la fracture à composante distensive d'orientation N1 15°.