汤头温泉处于沂沭断裂带。裂谷形成时，由于火山喷发，岩浆侵入活动，热汽沿着地层裂隙上升。随着温度的降低，凝结成热水，贮存于地层之中，列全国四大天然甲级温泉之一，是全国唯一的一个地下水可饮用的温泉。据钻井资料说明，在地下92至94米处有裂隙孔洞发育，为热水的主要贮存层。这里的热水涌出地表，即成温泉。水体清澈，无色无味。温泉水中含有钾、钠、铁、铜、钙、镁、镭等29种化学成分和矿物质，具有舒筋活血、杀菌消炎等效能，特别是对于人体关节、皮肤、神经系统的疾病，以及外伤愈合后的康复，具有显著疗效。为了让温泉更好地造福于人民，建国初期，人民政府在此建起了大型浴池，供人们沐浴。1956年，国家又在这里建了中国煤矿工人临沂疗养院。1976年，汤头镇也在这里兴建大型浴池，开设了疗养院。改革开放以来，这里发生了巨大变化，随着临沂城市建设的不断发展和基本建设的加快，临沂形成了密集的铁路、高速公路、航空、公路等交通网，来温泉的交通十分方便。温泉周围，建有多处招待所，温泉的设施建设不断更新，除水疗外，还可配合电疗、光疗、针灸等。现在，温泉已成为设施一流、服务质量一流的名副其实的全国甲级温泉。

　　汤头温泉位于鲁东南中部、临沂城东北26公里处的河东区汤头镇，泉区约10平方公里。该温泉是远古地质运动形成的，处于卢(合肥)江(黑龙江)大断裂带山东段的沂沭(沂、沭河)裂谷地热异常区，属地下循环性矿泉，具有水温高、流量大、疗效好等特点，水温一般在51~58℃之间，由勘探孔测得水温高达72℃。泉水清澈，无色无味，放置无沉淀，是不可多得的天然温泉。水中含钠、钾、钙、镁、铁、铜、镭等29种化学成份和放射性元素，具有舒筋活血、杀菌消炎之功效，对人体神经、呼吸、循环、消化、泌尿、内分泌、运动、免疫等系统的疾病以及外伤愈合后的康复，具有显著疗效，特别对皮肤病、关节炎，有效率达95%以上，被列为全国甲等温泉，同时亦被收入英国《简明不列颠百科全书》。

　　汤头温泉由来已久，史书记载，临沂城东北有汤山，远扬“小汤山”。山下有二泉，一在村内，一在村外，泉水热如沸汤，故名“温泉”。民间称“自滚水”，变称“汤泉”，传说时常沐浴能除百病，被奉为“神水”、“神汤”。远近赴浴者络绎于途，尤其清明、谷雨时节为盛。由此来定居的人亦越来越多，逐渐形成繁华所在，引来众多文人墨客、达官贵人到这里游览洗浴。春秋战国时期，孔子到此洗浴，后人建夫子庙并立碑作记。汉代亦借这一风水宝地，在此设置温水乡，北封刘家皇族为温水侯，为一方最高统治者，属皇家直辖，胶东(郡)哀王返京城长安(今西安市)时，常路经此地，在温泉洗浴。洗浴后，他感到十分满意，高兴地赞叹道：“好一个山清水秀的温水乡呀！”并请封亲子刘安国为 温水侯爵一职。后来诸葛亮、王羲之、王勃、刘墉等历史名人也都曾多次来这里观赏游览、洗浴。