Le temperature sulla superficie terrestre dipendono dal sole e dalle variazioni delle condizioni atmosferiche e quindi dalla latitudine, mentre all’interno della terra dipendono dalle caratteristiche geologiche delle varie aree del nostro globo. In generale, dalla superficie fino a circa 50 metri all’interno della terra, la temperatura rimane quasi costante intorno a 15°C. Ad una profondità tra 50 e 120 metri la temperatura è variabile e risente ancora dei cambiamenti atmosferici e della circolazione delle acque superficiali. Oltre i 120-150 m., la temperatura aumenta con la profondità (gradiente geotermico). Il gradiente geotermico é definito come l’aumento della temperatura con la profondità. La temperatura (T) viene espressa in gradi centigradi (^oC) o in gradi Fahrenheit (^oF).Tale aumento varia considerevolmente da zona a zona della terra. Comunque l’aumento medio della T con la profondità (ΔT) é di 30°C /Km. Nelle aree di vulcanismo attivo, come negli archi vulcanici (per es. nelle isole Eolie, nel Tirreno meridionale) nelle isole vulcaniche (per esempio le isole Haway) o nelle dorsali medio-oceaniche il gradiente geotermico è molto più alto e può raggiungere valori quattro cinque volte superiori rispetto al valore medio, vale a dire può essere di 120°-150-°C/Km. Nelle zone tettonicamente stabili come gli scudi continentali o nelle grandi pianure alluvionali (per esempio la valle Padana in Italia), il gradiente geotermico può essere più basso del valore medio terrestre.

L’alto gradiente geotermico nelle aree vulcaniche è dovuto alla presenza di materiale fuso (magma) che ristagna in camere magmatiche in zone superficiali (4-6 Km) della crosta terrestre. In queste zone dove il gradiente geotermico è superiore di molti gradi al valore medio terrestre, le acque che provengono da profondità anche modeste e raggiungono la superficie attraverso fratture (faglie), possono avere temperature anche elevate e a volte raggiungere il punto di ebollizione (formazione di geysers). Talora in queste aree attraverso fratture del suolo possono uscire solo vapori che prendono il nome di fumarole. Spesso però sorgenti calde si trovano anche in aree non vulcaniche dove il gradiente geotermico ha valori che rientrano nei valori medi terrestri. In questo caso significa che le acque provengono da livelli profondi e risalgono alla superficie attraverso fratture che interessano spessori significativi della crosta continentale. Tali sorgenti, non raggiungono mai temperature elevate ed hanno generalmente una composizione caratterizzata da alti contenuti di sali.