據現代地質學家調查研究，濟南泉水來源於城市南部山區，大氣降水滲入地下，沿巖層傾斜方向向北流動，直至城市被侵入巖體阻隔，承壓水出露地表形成泉水。濟南南部山區為泰山殘脈，自南向北有中山、低山、丘陵，市區成為山前傾斜平原與黃河沖積平原的結合帶，高差500多米。這種地勢南高北低，有利於地表水和地下水匯集到市區。南部山區在地質上屬於泰山隆起的北翼，是壹個平緩的單斜構造。北側斷層的切割形成了許多小斷塊，其中千佛山斷塊是城市泉群的構造基礎。前震旦紀變質巖是山區的基底，其上有1000多米厚的寒武系和奧陶系灰巖。巖層傾角3 ~ 15度，埋於市區第四系沈積物之下。這些可溶石灰巖在漫長的地質年代中，經過多次構造運動和長期溶蝕，發育了巖溶地貌，形成了大量的溶溝、溶孔、溶洞和地下河等。，共同形成壹個脈狀的地下網絡，可以儲存和運輸地下水。城區北部為燕山期輝長閃長巖體，質地細膩，巖石堅硬，防水性能好。千佛山斷塊西部有壹條千佛山斷層穿過魏壹路；東有羊頭峪斷層穿過解放橋、老東門，在東、西、北形成阻水巖體，三面形成封閉的排水單元。
在南部山區，石灰巖出露，裂隙巖溶發育，大量的大氣降水和地表徑流被吸收滲入地下，形成豐富的裂隙巖溶水。這些裂隙巖溶水，被太古代變質巖阻隔，沿巖層傾斜方向水平向北移動，形成地下暗流。當城區被侵入巖阻擋，被斷層堵塞時，地下潛流大量聚集，由水平運動變為垂直向上運動，促進了巖溶發育和水位擡升。在強大的靜水壓力作用下，地下水穿過巖溶裂隙，在石灰巖與侵入巖的接觸帶和軟弱的第四紀沈積物中攫取地面，湧出地表。
降水量的多少和季節分布直接影響泉水的變化。濟南屬暖溫帶季風氣候，年平均降水量650 ~ 700毫米，受夏季風影響，降水季節分布不均。三分之二的降水集中在夏季，秋季不到1/5，冬春季很少。四季降水量的具體情況是:春季(3 ~ 5)86.9mm，夏季(6 ~ 8)448.2mm，秋季11) 124.9mm，冬季25.2mm。隨著降水量的季節變化，泉水水位和流量也呈現低-高-低和小-大-小的季節變化，但時間相對於降水量的季節變化有所延遲。壹般年份，泉水的變化過程是從年初開始，流量逐漸減少，6月份出現最小量和最低水位；7月，隨著降水量的增加，流量開始增大，最大流量和最高水位出現在8月和9月。總的規律是年降水量多，春季流量大，水位高；全年降水量少，泉水流量也小，水位低。
在人工開采量不超過泉水流量的情況下，表現出大氣降水對泉水動態變化的主導作用。如果開采量大於泉流量，則降雨因素處於次要地位。開采量直接影響泉水的動態變化。1972 65438+10月20日6時40分，因城區大面積停電4小時50分鐘，水泵系統停運。在此期間，市區的水位上升了40厘米。1968期間，開采量與泉流量大致相當，稱為兩者的換算年。在此之前，開采量小於泉水流量，所以泉水表現壹直很好；之後因為開采量超過泉流量並不斷增加，泉流量變小。9月24日1980地下停水8小時，比平時少13500噸，城區地下水位上漲44 ~ 45厘米。根據山東水文地質隊的數據，市區水位從1973下降到1977，下降了2.25米。因此，從1976開始，雨季後不到1個月，春季流量逐漸減少。趵突泉從1981開始連續三年3月上旬至9月上旬斷流，幹涸半年以上。近年來，通過加強泉水保護，趵突泉自2003年9月6日至2005年9月底持續噴湧，地下水位達到29.8米以上，為38年來最高水位。