趵突泉的泉涌与济南的地形结构有关系。济南南面是山区丘陵，有千佛山，北面是黄河和平原。济南位于山区和平原的交界线上。
济南的山区是由石灰岩组成的，而平原的泥土底下也隐藏着岩浆岩。山区的石灰岩大约是在4亿年前形成的，其质地比较纯，石灰岩以大约30°的斜度由南向北倾斜。
石灰岩本身不很紧密，有空隙、裂隙和洞穴，能储存和输送地下水。地下水顺着石灰岩层的倾斜，大量地流向济南，成为济南泉水的水源。
在平原下的岩浆岩，组织很紧密。地下水流到这里后碰到岩浆岩的阻挡就流不过去了。岩浆岩上又覆盖着一层不透水的粘土层，地下水就不能自由地流出地面。
这些被拦阻的大量地下水凭着强大的压力，从地下的裂隙中涌上地面，就形成了泉水，趵突泉就是其中之一。
趵突泉每天涌出7万立方米的泉水。趵突泉水从地下石灰岩溶洞中涌出，泉水有三个出水口，水量巨大，最大涌水量为16.2万米/天，出露标高可达26.49米。
水质含菌量极低，经化验符合国家饮用水标准。泉水一年四季恒定在18℃左右，严冬水面上有一层薄薄的烟雾，称之为“云蒸雾润”。
