碳酸温泉是受地表水渗透循环作用所形成。也就是说当雨水降到地表向下渗透，深入到地壳深处的含水层形成地下水。地下水受下方的地热加热成为热水，深部热水多数含有气体，这些气体以二氧化碳为主，当热水温度升高，上面若有致密、不透水的岩层阻挡去路，会使压力愈来愈高，以致热水、蒸汽处于高压状态，一有裂缝即窜涌而上,形成天然碳酸温泉。
分布
在高山深谷地形配合下，谷底地面水可能较高山中地下水位低，因此深谷谷底可能为静水压力差最大之处，而热水上涌也应以自谷底涌出的可能性最大，所以碳酸温泉大多发生在山谷中河床上。
疗效
1、改善心血管功能，可促进周围血管扩张，增加静脉血回流，消除淤血症状，改善血液循环，减轻心脏负担，使脉搏减慢、血压下降。故可治疗多种心血管疾病。如周围血管循环障碍，慢性心肌炎，一、二期高血压病，由期动脉硬化等。但对急性冠状动脉机能不全、三期高血压和动脉硬化、急性风心病等则不宜浴用。
2、对皮肤的作用。刺激血管引起毛细血管扩张而致皮肤潮红，改善皮肤血液循环，增强抵抗力。故碳酸泉浴常用于皮肤病的治疗，如慢性湿疹、神经性皮炎、银屑病等。此外，碳酸浴可加强人体的代谢功能，改善组织营养。因此，可用于治疗代谢性疾病，如糖尿病、痛风、肥胖症等。
作用机制
二氧化碳分子的动力学直径为0.33nm，而人体皮肤上的月毛孔直径平均约为50μm（50000nm），因此浸泡在碳酸温泉中时，二氧化碳气体很容易通过皮肤被吸收进入体内。二氧化碳气体宝进入血液，使血液中CO2浓度升高，身体发出氧气不足的信号，为了将大量含有氧气的新鲜血液送到，体内会分泌极少量的NO（一氧化氮），使血管发生扩张，从而促进血液循环。较低温的碳酸温泉就能达到使我们满足的温感（身体感受到的温泉大约比实际水温高2℃），而较低水温则使副交感神经占优。副交感神经占优时，血管平滑肌扩张，因此能达到更好的扩张血管的效果。