Avec des eaux thermales de 65 °C à plus de 70 °C, Wiesbaden est l'endroit le plus "chaud" de la Hesse et seulement l'un des quelques autres avec une température d'eau similaire en Allemagne et dans les pays voisins. L'eau thermale est principalement captée par les puits forés de 47 m à 125 m de profondeur Kochbrunnen, Salmquelle, Adlerquelle et Schützenhofquelle. Le puits Faulbrunnen, un peu éloigné, contient également de l'eau thermale, mais n'est pas assez chaud pour porter le nom de "source thermale". Il existe en outre une vingtaine de sources thermales captées à faible profondeur, mais elles sont généralement situées sur des terrains privés et ne sont pas accessibles. Parmi elles, seule la Bäckerbrunnen est accessible. Elle était autrefois alimentée par plusieurs sources peu profondes, mais depuis les années 1930, elle reçoit de l'eau thermale mixte. En août 2011, la source des Trois Lys, longtemps laissée à l'abandon, a été rouverte au public après sa réhabilitation.

Les sources principales se trouvent sur une ligne orientée nord-nord-est. Il n'existe cependant pas de zone de faille continue, comme le supposaient autrefois les géologues. En règle générale, chacune de ces sources est accompagnée de sources secondaires plus faibles (satellites), qui ne sont toutefois que peu profondes et non exploitées. Dans le courant inférieur sud-est des grandes sources thermales, que l'on appelle aussi sources primaires, se trouvent les sources thermales peu profondes mentionnées ci-dessus, dont l'eau est diluée par les eaux souterraines "normales".

Au total, 26 sources thermales sont connues à Wiesbaden. Leur débit total est d'environ 23 l/sec (2 millions de litres/jour). Leur contenu en solution, essentiellement du sel de cuisine, représente 14 à 17 tonnes/jour. Des forages réalisés à l'occasion de différents chantiers dans le quartier des sources, mais aussi plus loin dans la vallée de Rambach, au niveau de la Blumenwiese, ont montré qu'il devait exister, outre les fissures où apparaissent les grandes sources thermales, d'autres zones de fissures contenant de l'eau thermale, qui n'ont pas encore été étudiées de manière plus approfondie.

Différents chercheurs ont émis des avis divergents sur l'origine de l'eau thermale contenant du sel de cuisine. L'un d'entre eux pensait que l'eau salée provenait de la région des gisements de sel de Hesse-Thuringe autour de Werra et de Fulda et qu'elle se dirigeait ensuite vers le nord-est, en passant sous le Vogelsberg, jusqu'au bord du Taunus.

La tectonique des plaques, reconnue depuis les années 1970, fournit une clé pour une meilleure connaissance. Wiesbaden se trouve à l'extrémité nord du fossé du Rhin supérieur, qui constitue une zone continentale dite de rift. Ses bords s'écartent encore aujourd'hui de quelques millimètres par an. Des fissures profondes se forment ainsi en permanence et servent de voies de migration à l'eau thermale, qui apporte sa température depuis les profondeurs géothermiques. Alors que la température en dehors du fossé du Rhin supérieur augmente en moyenne de 3 °C par 100 m de profondeur, le gradient de température géothermique dans le fossé est de 4 à 6 °C/100 m. Pour atteindre 70 °C, il faut au moins 2.000 m de profondeur, car l'eau thermale cède de la chaleur à l'environnement lors de sa remontée. Or, à cette profondeur, en dehors des zones de rift, il n'y a généralement pas de fissures ouvertes capables d'absorber et de transmettre des quantités d'eau aussi importantes que celles qui remontent à la surface à Wiesbaden. Ce n'est que dans une zone de rift que de nouvelles fissures ouvertes se forment en permanence, même à la profondeur requise, en raison de l'écartement des plaques. L'eau thermale ne peut ainsi s'écouler que depuis le sud avec la zone de rift, mais se heurte à une résistance en atteignant le Taunus et est contrainte de remonter à la surface de la terre.

L'eau thermale remonte également à la surface à d'autres endroits avec l'extinction des fissures ouvertes sur le bord du Taunus (par ex. Assmannshausen, Kiedrich, Bad Soden am Taunus, Bad Homburg, Bad Nauheim), mais la température s'atténue rapidement à l'ouest et à l'est de Wiesbaden. C'est pourquoi on suppose que les gisements d'eau thermale de Wiesbaden représentent le centre de la zone de rift qui continue de s'étendre. L'arrivée de l'eau thermale par le sud explique également son enrichissement en sels. Ils ont été exploités pendant de nombreuses années dans le sud du Bade et en Alsace à une profondeur de 500 à 800 m et dans la région de Bruchsal-Worms à une profondeur de 1 600 à 1 800 m. L'eau enrichie principalement en sel de cuisine (chlorure de sodium) est spécifiquement plus lourde que l'eau douce qui s'y trouve et qui est complétée par les précipitations, et elle descend en profondeur dans la mesure où cela est possible dans les fissures ouvertes.

Entre-temps, il existe toutefois d'autres interprétations concernant la présence d'eaux chaudes salées, qui se passent de dépôts de sel et de la zone de rift du fossé du Rhin supérieur. En effet, lors de forages profonds jusqu'à 9 km dans des granites ou des gneiss, il a été constaté qu'à cette profondeur, les roches ne sont pas aussi denses qu'on l'a toujours cru, et que des solutions hydrothermales chaudes de 150 °C et plus peuvent donc circuler. Celles-ci sont extrêmement salines, les sels résultant de la transformation des minéraux au contact des eaux chaudes. Parmi les bains situés en bordure du Taunus, ce n'est pas à Wiesbaden que la teneur en sel de cuisine est la plus élevée. Ici, ce sont Bad Soden, Bad Homburg et surtout Bad Nauheim qui présentent des teneurs en sel nettement plus élevées dans leurs eaux thermales et qui pratiquaient également l'extraction préhistorique du sel.