温泉水之所以会有疗效，主要是因为泉水的物理及化学作用。在物理作用方面，泉水的温热，可使毛细血管扩张，促进血液循环，而水的机械浮力与静水压力作用，具有按摩、收敛、消肿、止痛之效能。另外温泉水中含有矿物质的特殊化学成分，例如钙、镁、硫化氢、二氧化碳、放射元素镭、氡等气体，及铁、锂、硼等元素，还有大量的离子对人体都会有影响。所以随着各种泉水的成分不同，而有不同程度的治疗效果，这就是温泉的化学作用。
然而温泉的医疗价值，必须经过水质分析，并且按照不同成分的水质，然后分析各个温泉的疗效，各类型温泉的适应症不尽相同，如硫化氢系的温泉具有兴奋作用，对神经官能症病人较不适合；而碳酸氢钠泉及硫酸钠泉主要用于消化系疾病，食盐泉则用于治疗妇科病及循环系统疾病。
温泉中不同成分对人体作用尚未完全彻底了解，现在只知道氡元素能增进造血功能、降低血脂、刺泪卵巢发育成熟；温泉中的一些离子，如钾、钙能增强心脏血管功能，调节神经细胞和内分泌（荷尔蒙）腺活动；此外，镁对神经系统具有镇静劲效，钠对肌肉收缩有重要作用；碘、镁还有轻度降压作用。近年来研究还发现，温泉浴能够促进机体的免疫功能，调整植物神经系统，所以还有一定的保健和延年益寿作用