Travertenler, yer altı su kaynaklarının etkisiyle oluşan doğal yapılar olup, karmaşık kimyasal süreçlerin sonucu olarak meydana gelir. Bu süreçler, mineral çözünmesi ve çökelmesi ile karakterizedir. Özellikle kalsiyum bileşenlerinin suyla etkileşimi, travertenlerin oluşumunda önemli bir rol oynamaktadır. Doğal kaynak sularının kimyasal bileşimleri, travertenlerin estetik ve yapısal özelliklerini belirleyen temel unsurlardandır.

Pamukkale travertenlerinin oluşumunda gerçekleşen bazı kimyasal reaksiyonlar şunlardır:

• Kalsiyum bikarbonatın çözünmesi. Termal su, yer altındaki mineralleri çözerek suya karıştırır.
• Oksijenle reaksiyon. Su, yüzeye çıktığında atmosferdeki oksijenle reaksiyona girer.
• Karbondioksit ve karbonmonoksitin uçması. Bu süreçte karbondioksit ve karbonmonoksit buharlaşır.
• Kalsiyum karbonatın çökelmesi. Geriye kalan kalsiyum karbonat, çökelerek zaman içinde kaya formuna girer.

Travertenlerin oluşumu, sürekli bir çözünme ve çökelme döngüsüyle gerçekleşir.