Pamukkale'nin benzersiz travertenleri, doğal bir fenomen olarak sıcak su kaynaklarının etkisiyle şekillenir. Bu travertenlerin oluşum süreci, yer altındaki mineral zengini suyun yüzeye çıkmasıyla başlar. Termal su, birçok kimyasal etkileşim sonucu zamanla katmanlı yapılar oluşturur ve bu yapılar, beyaz traverten teraslarının göz alıcı görüntüsünü ortaya çıkarır.

Pamukkale travertenlerinin oluşumu şu şekilde gerçekleşmiştir:

• Sıcak su kaynakları. Bölgedeki fay hatları sayesinde yerin derinliklerinden çıkan termal sular, yüzeye ulaştığında beraberinde yüksek oranda kalsiyum hidrokarbonat taşır.
• Kimyasal reaksiyon. Yüzeye çıkan sıcak su, havayla temas ettiğinde içerisindeki karbondioksit ve karbonmonoksit uçar ve suyun içinde çözünmüş halde bulunan kalsiyum karbonat, tortu halinde çökelmeye başlar.
• Katman oluşumu. Bu tortular zamanla katılaşır, birbirine tutunur ve beyaz basamaklı teraslar meydana gelir.

Travertenlerin oluşumu, sürekli çözünme ve çökelme döngüsüyle devam etmektedir.