小湯山溫泉出露于第四系松散巖層中，含水層巖層為隱伏于其下的晚元古界白云巖。溫泉的成因與斷層有一定的關系。泉水無色透明，微具硫化氫氣味。泉水中含有微量的鍶、鋇、硼、碘及放射性氡氣。泉水對某些皮膚病、關節炎有一定療效，但不宜長期飲用。
浸浴溫泉可對人體產生三種作用
(1)機械刺激作用，包括水的浮力、凈水壓、水的液體微粒對機體的摩擦；
(2)溫度刺激作用；
(3)化學成份的作用；
其中化學成份的刺激作用可以產生針對某種癥狀的特異改善，而機械刺激和濕度刺激則產生和種文學的非特異調節。
反復溫泉浴可活化細胞功能，增強肝臟解毒能力，提高免疫力，提高機體氧化還原機能，抵抗自由基的生成，提高解毒和排毒能力，促進代謝產物的排出，調整自主神經使之正常化，這是治療慢性疾患和保健防病的重要基礎。
溫泉的保健作用，要通過長期的反復浸浴才會顯現出來，現代醫學研究認為，長期溫泉浴可治療：
1、肌肉關節病變
風濕病性關節炎，腰椎間盤突出癥，頸椎病，肩周炎、腰肌勞損、坐骨神經病等。
2、心血管疾病
高血壓、高血脂癥等非胰島素依賴型糖尿病。
3、消化系統疾病
胃十二指腸潰瘍、胃酸過多、膽石癥及外痔肛裂。
4、皮膚病(非傳染性)
神經性皮炎、濕疹、皮膚瘙癢癥、脂溢性皮炎等二十余種。
5、生殖系統疾病
如婦科盆腔炎、慢性附件炎、及男性前列腺增生癥。
6、呼吸系統疾病
支氣管哮喘等。
