L’origen geològic de la formació, caracteritzada pel color blanc brillant, són les nombroses fonts d’aigües termals existents a la zona sorgides arran dels moviments tectònics que tingueren lloc en el Pliocè, i que successius terratrèmols han fet aparèixer i desaparèixer. Foren aquestes aigües termals, amb el seu alt contingut en minerals, especialment creta, les que crearen Pamukkale. Les aigües contenen grans quantitats d’hidrogencarbonats i calci que produeixen una precipitació d’hidrogencarbonat de calci; cada segon brollen de les fonts 250 l d’aigua, que produeixen un precipitat de 2,2 g de creta per cada litre o 0,55 kg de creta per segon. Aquest fenomen natural produeix gruixudes capes blanques de pedra calcària i travertí que baixen en forma de cascada pels vessants de la muntanya i formen terrasses unides per estalactites. A les terrasses hi ha basses d’aigua termal, amb temperatures que oscil·len entre els 35 ºC i els 100 ºC. Els dipòsits més recents de carbonat càlcic li donen a la formació el color blanc brillant. Sobre aquesta formació s’assentà l’antiga ciutat de Hieràpolis.
L’any 1988 fou declarada patrimoni de la humanitat per la UNESCO. Aquesta declaració suposà la restauració de l’espai amb l’enderrocament dels hotels i les carreteres d’accés a les diferents terrasses que s’havien construït.