Die Thermalquellen befinden sich am Südosthang des Florentinerberges. Hier tritt das heiße Wasser in mehreren Quellen aus einer Tiefe von etwa 2000 Metern mit Temperaturen von bis zu 69° Celsius zutage. Die Quellen sind die heißesten und mineralreichsten in Baden-Württemberg. Die vorherrschenden Bestandteile, die dem Wasser einen leicht salzigen Geschmack verleihen, sind Natrium und Chlorid.
In historischer Zeit ist die im Untergeschoss des Alten Dampfbades gefasste Ursprungsquelle mit einer Schüttung von 113 Kubikmetern am Tag die wichtigste und ergiebigste Hauptquelle des Thermalbezirks gewesen.
Bei der Umgestaltung des Bäderbezirks und dem Neubau des Friedrichsbades wurden 1868 – 1871 zwei verzweigte Stollensysteme angelegt, um die wichtigsten Thermalwasseraustritte zu fassen und die Schüttungsmenge zu steigern. Nach Erweiterungen, die um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert vorgenommen wurden, beträgt die Gesamtlänge der Stollen heute etwa 200 Meter. Sie sind ausgemauert und begehbar. Die Schüttungsmenge aller Quellen liegt bei über 800 Kubikmeter Wasser täglich.
Das Thermalwasser wurde zu Bade- und Trinkkuren verwendet. Für den Betrieb von Bädern wird es seit römischer Zeit genutzt. Vom 16. Jahrhundert an gebrauchte man das heiße Wasser bis vor wenigen Jahren auch für Brunnenkuren. Der therapeutische Nutzen der innerlichen Anwendungen bestand insbesondere in der Wirkung des kochsalzhaltigen Mineralwassers auf die Schleimhäute des Verdauungstraktes.
