ככל שיורדים עמוק באדמה, חם יותר — בממוצע כמה עשרות מעלות לכל קילומטר. מי גשם שמחלחלים לעומק של קילומטר ויותר מתחממים, ואם הם מוצאים דרך מהירה חזרה — למשל לאורך העתק — הם יוצאים חמים אל פני השטח. בדרך הם ממיסים מינרלים, ולכן לפעמים יש להם טעם מיוחד וריח של גופרית.
בישראל רוב המעיינות החמים נמצאים לאורך השבר הסורי־אפריקני: חמי טבריה, חמת גדר בעמק הירמוך ומעיינות ליד ים המלח. במקומות עם מאגמה קרובה, כמו איסלנד וילוסטון, יש גם גייזרים — מעיינות שמתפרצים מדי פעם בעמוד של מים רותחים ואדים. במעיינות טבעיים בודקים את חום המים בזהירות, כי חלקם רותחים.