Diferente da maioria das fontes termais do mundo, que se formam perto de vulcão ativo ou falha tectônica, a água quente de Rio Quente e Caldas Novas vem de um fenômeno geológico raro sem ligação com magma — a região é considerada a maior ocorrência hidrotermal do mundo desse tipo não vulcânico.
A água se aquece ao circular por camadas profundas de rocha, absorvendo calor geotérmico natural da Terra ao longo do trajeto subterrâneo, antes de voltar à superfície já morna pelas nascentes que alimentam o rio.
Na prática, o volume de água é enorme: as nascentes despejam mais de 6 milhões de litros por hora no rio, o equivalente a mais de 149 milhões de litros por dia, volume constante suficiente para manter a temperatura do rio ao longo de todo o curso.