依照溫泉水化學組成的特徵，可以把溫泉分成氯化物泉、碳酸鹽泉、硫酸鹽泉及混合型泉四大類，溫泉的水質與蓄溫泉的成因或提供通道的圍岩（周圍的岩石）間有密切關聯。大部分的硫酸泉是產於火山地區，尤其是中至酸性的火山，因為火山氣體富含硫化氫，溶於水後變成硫酸，然後腐蝕火山岩產生硫酸鹽，台灣北部北投溫泉大都屬於此類。如果地下提供的熱源十分龐大，地下水會以蒸氣的方式來儲存地熱，溫泉水中往往會有高量的氯化物，形成氯化物泉，在火山活動活躍的地區十分常見，許多世界著名的地熱區，如冰島或是日本有馬的天神溫泉都是屬於氯化物型的溫泉。
    碳酸泉一般在沉積岩或變質岩地區比較常見，因為沉積岩中經常含有生物化石可以提供碳酸鈣與溫泉水反應產生碳酸泉；此外，地表植物的根部進行呼吸作用時與死亡的生物體分解時都會產生二氧化碳，這些二氧化碳溶於流經的地下水形成碳酸，有腐蝕周圍岩石與礦物的能力。碳酸氫納與碳酸氫鉀的溶解度比較高，所以在碳酸泉中的礦物質以這兩種為主，反而岩石中含量較高的鈣在含碳酸的地下水的溶解度很低，所以沉積岩的膠結物質常為碳酸鈣（方解石）。宜蘭的清水溫泉與礁溪溫泉都是有名的碳酸泉。
    紅葉－瑞穗溫泉形成在中央山脈的變質岩區，此處變質岩（大南澳片岩）的岩石有黑色片岩與大理岩，因為岩石中含有大量的碳酸鈣，所以溫泉溶解大量的碳酸鈣而成為碳酸泉。瑞穗外溫泉因含有大量鐵質，呈黃色。這是因為本地鄰近的大南澳片岩中有綠色片岩與變質綠色火成岩，含有很多的鐵鎂質礦物，因此成弱酸性的碳酸質溫泉會與岩石中的鐵鎂質礦物反應將鐵質濾出，溶解於水中，形成水色黃濁含紅色鐵質沉澱物的溫泉。