L'acqua di Petriolo scaturisce alla temperatura di 43°C dalla sorgente situata sulla riva del torrente Farma con la portata media di circa 40 litri/sec.
Il forte odore di zolfo che emana è dovuto alla presenza di idrogeno solforato in quantità notevoli (grado sulfidrometrico 21 mg/l). Alla presenza di questo gas si devono i maggiori effetti terapeutici a livello del sistema respiratorio.

Riportiamo alcune delle caratteristiche chimico-fisiche rilevate dalle analisi ufficiali effettuate da U.O.Chimica Ambientale di Pisa:

residuo fisso 3842 mg/l
durezza totale 256.0 °F
pH 6,4
anidride carbonica libera 1250 mg/l
calcio 729.5 mg/l
fluoro 1.4 mg/l
cloruro 166.6 mg/l
solforico 1446.0 mg/l
idrocarbonico 1366.4

In riferimento alla sua alta mineralizzazione e alla temperatura l'acqua di Petriolo è stata definita come ricca di sali, solfidrica, ipertermale e nella classificazione generale delle acque termali rientra nella categoria delle acque soifidriche, salso-solfato-bicarbonato-alcalino terrose-ipertermali.