Pamukkale Travertenleri; Traverten çok yönlü, çeşitli nedenlere ve ortamlara bağlı kimyasal reaksiyon sonucu çökelme ile oluşan bir kayadır. Pamukkale termal kaynağını meydana getiren jeolojik olaylar geniş bir bölgeyi etkilemiştir. Bu bölgede sıcaklıkları 35 ila 100 derece arasında değişen 17 adet sıcak su alanı bulunmaktadır. Pamukkale termal kaynağı, bölgesel potansiyel içindeki bir ünitedir. Pamukkale termal kaynağı antik dönemlerden beri kullanılmaktadır.
Termal su kaynaktan çıktıktan sonra, 320 metre uzunluğunda bir kanal ile traverten başına gelmekte, buradan 60 – 70 m. lik kısmi çökelmenin olduğu traverten katlarına dökülmekte ve ortalama 240 – 300 metre yol kat etmektedir. Kaynaktan çıkan 35.6 derece sıcaklığında, içinde yüksek miktarda Kalsiyum Hidrokarbonat bulunan suyun havadaki oksijen ile olan teması sırasında Karbondioksit ve Karbon monoksit uçarak kalsiyum karbonat çökelmekte ve traverten oluşumuna sebep olmaktadır. Kat kat havuzcuklarında ve kat kat seddelerinde, çökelmekte olan kalsiyum karbonat, başlangıçta yumuşak bir jel halindedir.
Zaman içinde sertleşmekte ve traverten olmaktadır. Ancak ziyaretçiler tarafından katlar üzerinde gezilmesi ve oynanması, henüz yumuşacık haldeki kalsiyum karbonatların ezilmesine, dağılmasına neden olmaktadır. Travertenlere termal su kontrollü olarak belirli bir program dahilinde verilmektedir. Fazla miktarda ve uzun süre aynı yere akıtılan su yosunlaşmaya ve dolayısıyla travertenlerde hoş olmayan kirliliğe sebep olmaktadır. Beyazlığın oluşumunda, hava şartları, ısı kaybı, akışın yayılımı ve süresi etkilidir. Çökelme, termal sudaki karbondioksitin havadaki karbondioksit dengeye gelinceye kadar devam etmektedir.