Pamukkale est une tufière entièrement élaborée par les eaux chaudes qui s'écoulent des entrailles de la montagne. Le site comporte 17 sources. Certaines d'entre elles ont une température de plus de 45 °C, et sont saturées de sels minéraux et de gaz carbonique. Ce dioxyde de carbone, en se libérant dans l'air, fait précipiter le carbonate de calcium contenu dans l'eau, lequel se dépose, sous forme pâteuse, sur les flancs de la colline et durcit ensuite lors de l'évaporation de l'eau. Chaque litre d'eau délivre un demi-gramme de carbonate de calcium.
Ce phénomène naturel laisse des couches blanches sur la pierre, ce qui donne à la montagne une apparence de forteresse de coton ou d’une chute d’eau gelée. Comme exemples similaires, on peut citer la Mammoth Hot Springs du parc national de Yellowstone, Egerszalók en Hongrie, les Pink and White Terraces — détruites par une éruption volcanique en 1886 — en Nouvelle-Zélande ou encore Huanglong en Chine.
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