趵突泉的泉涌与济南的地形结构有关系。济南南面是山区丘陵，有千佛山，北面是黄河和平原。济南位于山区和平原的交界线上。

济南的山区是由石灰岩组成的，而平原的泥土底下也隐藏着岩浆岩。山区的石灰岩大约是在4亿年前形成的，其质地比较纯，石灰岩以大约30°的斜度由南向北倾斜。

石灰岩本身不很紧密，有空隙、裂隙和洞穴，能储存和输送地下水。地下水顺着石灰岩层的倾斜，大量地流向济南，成为济南泉水的水源。