島原半島の西側に位置する小浜温泉は、高温（摂氏１１０℃）で中性の「食塩泉」です。一方、中央の雲仙温泉は酸性の「硫黄泉」で約98℃、島原温泉（最高41℃）は「重炭酸塩泉」となっています。

これら泉質の変化は、温泉の源であるマグマ発散物が橘湾地下のマグマ溜まりから東側に向かって斜めに上昇する過程で、地下水に溶けやすい成分が次々に抜けることで生じています。

このマグマ溜まりから発生した高温高圧のガスが、岩盤の裂け目を通って上昇し地下水にふれ、岩盤からも成分を溶し出し温泉水となります。このうち、熱水の沸騰によって生じたガスが噴気となっています。