Η λίμνη της Βουλιαγμένης σχηματίστηκε μεταγενέστερα, πιθανότατα στους χριστιανικούς χρόνους, όταν κατέρρευσε η οροφή ενός τεράστιου υπόγειου σπηλαίου εξαιτίας κάποιου σεισμού. Στην εποχή της Τουρκοκρατίας η λίμνη αναφέρεται με το όνομα "Βουλιασμένος" ή "Καράτσι", το οποίο σημαίνει "μαύρο νερό". Τα ιαματικά λουτρά βρίσκονται σε απόσταση μόλις πενήντα μέτρων από την παραλία και σαράντα μέτρων κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η θερμοκρασία τους κυμαίνεται μεταξύ 20 και 27 βαθμών Κελσίου καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Τα συστατικά του νερού είναι: κάλιο, νάτριο, λίθιο, αμμώνιο, ασβέστιο, σίδηρος, χλώριο, ιώδιο και μικρή ραδιενέργεια. Οι ιαματικές ιδιότητες της λίμνης συμβάλλουν σημαντικά στη θεραπεία των ρευματικών, των γυναικολογικών και των δερματικών παθήσεων, για παράδειγμα, αρθρίτιδες, συνδεσμικά προβλήματα, εκζέματα και πονοκεφάλους και προσφέρει ανακούφιση σε οσφυαλγίες και σε ισχιαλγίες. Ο βυθός της λίμνης είναι ένα σύνθετο σύστημα καρστικών σπηλαίων με υπόγεια νερά που κυλούν διαμέσου του ορεινού όγκου του Υμηττού. Η φυσική θερμότητα των νερών αυτών προδίδει μία ακόμα σημαντική πληροφορία: σε πολύ μεγάλο βάθος τα σπήλαια συνδέονται με το ηφαιστειακό τόξο που διατρέχει τα ελληνικά νησιά.
