關子嶺位於台南縣白河鎮，地形上為東高西低的丘陵區，為急水溪集水區之範圍。本區的地層與岩性以灰色砂岩、泥質砂岩、頁岩、砂質頁岩為主，並夾帶有部份的石灰岩體，由於石灰岩岩性相對周圍地層堅硬，易於地表形成突出的山頭，如枕頭山即是。關子嶺附近有數道構造線通過，如木屐寮斷層、六甲斷層、觸口斷層，斷層裂縫是良好的地熱湧出口，加上關子嶺周圍的水文條件配合，此區域的溫泉資源豐富，尤其部份溫泉流經泥岩地層，而有泥漿溫泉是最為特殊的景觀。此外，此區的地層中含有甲烷等易燃燒的氣體，氣體於地表的出口若條件適當易產生燃燒的現象，同時加上水流流經即形成關子嶺另一項特殊的水火同源景觀。

關子嶺周圍因有斷層線通過，地底下的熱源往地表流動良好的通道，因此關子嶺地區以溫泉資源著稱。而天然氣亦會經由裂隙留至地表而有燃燒現象，若地表上的出口又有水源則會形成水火同源的特殊景觀，由於氣體的不斷挹注即使有水燃燒現象也不會消失。

關子嶺地區的地層其沉積環境為淺海相至大陸棚，因此可於地層中發現大量的貝類、海膽化石及生物碎屑。