Jednotlivé prameny se navzájem liší svou teplotou, obsahem volného rozpuštěného oxidu uhličitého, radioaktivitou a koncentrací vedlejších a stopových látek. V odborné terminologii jde o termální, hypotonickou, silně mineralizovanou minerální vodu typu Na-HCO₃SO₄Cl (alkalickou glauberovou slanou, dle starší nomenklatury alkalicko-salinicko-muriatickou). Velkou roli v léčivém efektu užívání těchto vod má obsah farmakodynamicky účinných látek.

Prameny jsou slabě radioaktivní, zlomové struktury, ve kterých cirkuluje termální voda, emitují do atmosféry řadu významných látek, které zřejmě mají příznivý vliv na lidský organismus.

Pro potřeby lázeňství, tedy k pitným kúrám, prováděným v pěti kolonádních objektech a čtyřech pramenních pavilonech či glorietech, a k dalším vnitřním či zevním balneacím je dnes využíváno 12 hlavních pramenů vyhlášených za přírodní léčivé zdroje : Vřídlo, pramen Karla IV., Dolní Zámecký pramen, Horní Zámecký pramen, Tržní pramen, Mlýnský pramen, pramen Rusalka, pramen knížete Václava, pramen Libuše, Skalní pramen, pramen Svobody, Sadový pramen nový a Sadový pramen starý, Hadí pramen.

Až do 18. století se v Karlových Varech léčilo zásadně koupelemi, ačkoliv již r. 1521 dr. Václav Payer doporučil zdejší termální vodu i k pití. Nemocní zůstávali v souladu s poznatky tehdejšího lázeňského lékařství v horkých koupelích, podávaných ve společných bazénech, často až několik dnů, tedy tak dlouho, až došlo k „rozežrání“ kůže. Termální voda byla využívána i k léčení kožních nemocí. U Vřídla byly k léčebným procedurám postaveny čtyři větší bazény, první pro nemocné s vnitřními a revmatickými bolestmi, druhý pro ty, kteří onemocněli svrabem; ve třetím byli koupáni malomocní a ve čtvrtém nemocní s kožními vředy.

Pitná kúra se však ujala až o 250 let později na podnět dr. Davida Bechera, který jako jeden z prvních provedl její chemickou analýzu. Léčba pitím se brzy osvědčila, zejména vynikla při nemocech žaludku, střev a jater a záhy potlačila nepřiměřené koupele.

I pitné kúry časem došly k extrému, nemocní byli nuceni pít postupně 11 – 51 pohárků po cca 140 m vody, tedy 1,5 – 7 litrů denně. Vědeckým poznáním postupně došlo ke zmírnění a vzájemné harmonizaci obou základních druhů léčby, koupelové i pitné. Základem dnešní karlovarské léčby je opakované pití termální vody, které ve svém důsledku znamená zvýšený přísun vody a minerálních látek do těla a následně regulaci vodního a minerálního hospodářství organismu. Vedle přímého vlivu na sliznice, na látkovou přeměnu a detoxikační děje v tělesných buňkách ovlivňuje karlovarská léčba příznivě i mikrobiální osídlení střev a jejich produkci. Karlovarská léčba je tedy přírodní farmakologickou léčbou chorob a pooperačních stavů trávícího a žlučového ústrojí, jater, slinivky a některých onemocnění látkové přeměny (cukrovky) a močových cest.

Celkový obsah minerálních látek je cca 6,5 g v litru. Vypije-li pacient 1 litr karlovarské vody denně po dobu 3 týdnů, přijme 130-140 g těchto minerálních látek. Převedeno pro představu do půlgramových tablet (velikosti např. Aspirinu) jde o 260 až 280 tablet – zhruba o 13 tablet denně. Karlovarská léčba tedy není homeopatií, ani alternativním léčitelstvím, ale regulérní farmakoterapií přirozeně vzniklým a šťastně vyváženým souborem minerálních látek v účinné formě.

Po vypití projde karlovarská voda horním trávicím ústrojím a vstřebává se ve střevě. Její součásti jdou krevní cestou do jater anebo mízou (lymfou) přímo do tělového oběhu ke tkáním. Nepřekvapí proto, že se její vliv projeví v žaludku a střevech, v játrech a slinivce břišní, ale i v celkové látkové přeměně.

Pitná léčba se provádí vždy u pramenů po dobu nejméně 3 týdnů nalačno (půl až 1 hodinu před jídlem) ráno, večer a mnohdy i před obědem vypitím 200 až 600ml vody podle předpisu lékaře. Zároveň je nutné dodržovat „Desatero pravidel karlovarské pitné kúry. Neodmyslitelnou součástí komplexní karlovarské léčby je však nejen pitná léčba z karlovarských pramenů, ale i vhodná dieta a doplňující balneologické a fyzioterapeutické léčebné procedury.

Karlovarská voda je obsahem svých minerálních látek prospěšná i pro pokožku těla z toho důvodu je používána pro výrobu karlovarské kosmetiky.