温泉療法
物理的作用
物理的作用とは、人が温泉に浸かることによって温泉に対する水圧、浮力、温熱などが体に作用することを指す。水圧による作用は、人は湯に浸かることによって一定の空気圧の圧迫から解放され、内臓の負担が軽減する。これによって一定のマッサージ効果を与える。また、この状態で呼吸を行うことによって肺機能を強化することが可能である。浮力による作用は、人は水中にいた時に全体重の九分の一にまで軽減するが、これは浮力が及ぼすものである。したがって、体が軽くなるので、筋肉や関節を動かすことに対し、負担を軽減することが可能である。温熱による作用は、入浴することで体温が上昇し、それにより血行を促進したり、また一部の疾病に効果を発揮したりするものである。高温を利用すれば、一種の麻酔、刺激効果を与えられ、また人肌ぐらいの低温を利用すれば、リラックス効果を期待できる。
自律神経の正常化作用
温泉による入浴は自律神経を正常化する作用がある。自律神経には人を興奮、昂揚させる交感神経と人を鎮静させる副交感神経があり、後者に強く働きかける。これは、温泉に浸かることによって筋肉などが弛緩し、リラックス効果を与える、血行促進による脳への負担を軽減する、また温泉地に出向き、大自然や大浴場に触れることで苦痛、社会的ストレスなどから解放されるという心理的な作用も大きい。
もっとも、これら二つは温泉でなくとも、一般的な入浴を以てしても得られる作用である。しかし、温泉は次に挙げる化学的作用が強く働きかけており、これが温泉浴と単に風呂で入浴することとの差を生み出す直接的要因となっている。
化学的作用
化学的作用とは温泉に入っている成分が体内に作用することを指す。その成分は二酸化炭素、食塩、石膏、アルミニウム、硫黄、微量の放射能など十一種類に大別されており、各温泉ではこれらの成分を表示することが義務づけられている。そして、これによって医学的に作用し、効果を得られることを効能と呼び、今日の温泉ガイドではこの効能が盛んに喧伝されている。しかし、人体にマイナスに働く部分もあり、一部の疾病や症状を持った患者に入浴を勧めてはいけない禁忌症がある。効能として盛んに宣伝されている症状としてはアトピー、痔疾、胃腸病、リウマチ、腰痛、神経痛、高血圧症、火傷などの外傷、骨折、精神疾患などである。また、疾病以外にも美肌効果などを謳った温泉があるが、これらは全て厚生労働省からの泉質調査による表示義務に基づいている。だが、これらの効能は、温泉本来の成分が十分に残されていることが前提であり（温泉療法の問題にて後述）
、そうでないと療養、湯治に十分な効果を発揮しない。
古代
温泉療法の歴史は非常に古く、医学、医術が未発達だったころ、温泉療法が非常に大きなウェートを占めていた。そして、温泉も専ら湯治、療養のために用いられた公衆の医療施設であり、農家や木樵、猟師などが偶然発見したものも多い。また、あくまで伝承の域を出ないが、日本神話にまつわる人物などが温泉地を開拓したという話も盛んに聞かれ、中でも少彦名命や大国主命などは医薬にも精通し、温泉に着眼していたといわれる。
中世
日本に仏教文化が伝来すると、それに平行して医療や医術に関する知識も流入した。仏教においては病を退けて福を招来するものとして入浴が奨励され、近傍の寺僧が温泉地を開拓、あるいは主宰となって近隣住民に施浴をおこなうために湯治場を設けることも多くなった。そして、住民たちは病気や怪我が平癒すると温泉に対してありがたみを感じるようになり、温泉信仰が根付くようになった。やがて、少彦名命を祀った温泉神社が建てられたり、薬師如来は温泉の神様として知られ、温泉寺も多数建立されるようになり、温泉地を見守る存在となった。神や仏が鳥獣に化けて温泉の在処を教えた、傷を癒したという伝承も、ある種温泉信仰から生まれたものである。また、天皇家が主宰となって温泉地開発の奨励を行った場所も見られ、温泉は万民の療養、湯治の場であるとともに、信仰の場として認識されるようになった。
鎌倉時代以降になると、それまで漠然として信仰の存在となっていた温泉に対し、医学的な活用がウェートを占め、実用的、実益的なものになる。鎌倉中期の別府温泉には大友頼泰によって温泉奉行が置かれ、元寇の役の戦傷者が保養に来た記録が残っている。さらに戦国時代の武田信玄や上杉謙信は特に温泉の効能に目を付けていたといわれる。中でも信玄は自身が結核の罹患者でもあり、そのために自らの病気を治療する目的で、温泉に足繁く通っていた。また、自陣の兵が負傷すると隠し湯で負傷兵の治癒を行っていたとされる。他にも楠木正成や真田幸村など数多くの武人が温泉の効能を活用していたといわれる。
近世
江戸時代になって参勤交代制度によって各街道が整備されると、今まで地元の住人しか利用されなかった温泉は、往来する人々によって流布されていくようになり、様々な温泉地が発展を遂げた。開湯伝説が広まったのもこの頃からであり、各の温泉が歴史や効能を挙って謳い文句とした。また、藩主や城主がその効能に目を付け、藩湯として温泉地を占有したり、その一方で庶民のために温泉による湯治場を開いたりもした。その中で今日に至るまで名湯として知られるものも存在する一方、一部の温泉は温泉による療養より、むしろ今日に多い行楽温泉として発達を遂げていくものも現れ、従来の温泉観とは一線を画すものとなった。また、この頃になると医学的に温泉療法を解析した者も現れ、中でも儒学者、本草学者でもあった貝原益軒は「益軒養生訓」において温泉に多くの頁を割いている。他に江戸の名医であった後藤艮山、シーボルトと親交があった宇田川榕菴などが温泉研究の先駆である。
近代
明治時代になり、温泉は大きな転機を迎える。直接的要因となったのが西洋医学の流入であり、西洋文化崇拝の背景もあって、それまで漠然とした効果しか得られなかった東洋医学を駆逐していった。温泉療法もその一環に捉えられてしまい、民間療法、あるいは疑似科学に過ぎない見方をされるまでになり、一時的に発展が鎖された。その一方で、各温泉では温泉成分の解析が進んだ。また、ベルツの研究によって国際的に知られるようになった草津温泉は、再来日の際、温泉療養施設の建設を約束したほどである。それは現実のものとはならなかったが、もしベルツが再び来日すれば、世界的な温泉地になっていたとまで言われるほど、効能が高いものであったことを裏付けた。このように温泉療法や温泉の計り知れぬ効能は一部の見識者によって見守られていき、後の萌芽を待つことになる。一方、この頃の温泉は行楽地と結びつき、娯楽的要素が高まっていった。その際に、温泉本来の湯治場、医療施設としての在り方は次第に忘れられ、後に歓楽要素を含んだものも誕生することになる。この風潮は戦後になっても続き、一部の温泉は優れた効能を発揮していたにもかかわらず、急激な開発の波に呑まれ、従来からの姿を失った所もあった。
豊富な温泉資源に恵まれた別府温泉では、1912年（明治45年）には陸軍病院が、1925年（大正14年）には海軍病院が開院し温泉療法の実践が始まると、1931年（昭和6年）には九州大学の温泉治療学研究所（現在の九州大学病院別府病院）が設置され、温泉治療の研究が行われてきた。キュリー夫人の功績によって放射性物質の研究が世界的に進歩を遂げると、三朝温泉ではラジウムの効能に目を付けて岡山医科大学が1939年（昭和14年）に三朝温泉療養所（現在の岡山大学病院三朝医療センター）を設置して、温泉治療の研究を行ってきた。
現代
九州大学の温泉治療学研究所に始まる温泉療法の研究が国立6大学に広がり盛んとなると、1935年（昭和10年）に日本温泉気候学会が設立され、温泉気候およびその医学的応用に関する学術的研究が進む。そして戦後になって、化学や地質学の発展に伴い、温泉成分の解析が進んだこともあり、温泉療法が見直されるようになった。一部の温泉では温泉医療を専門とした温泉医を育成し、温泉病院や温泉診療所などを設け、温泉医療に多大な成果を上げるようになった。また原子爆弾被爆者別府温泉療養研究所が開設されるなど、被爆者援護においても温泉療法の研究が行われた。1962年（昭和37年）、日本温泉気候学会は日本温泉気候物理医学会と改称され、温泉・気候・物理医学およびその他の理学療法に関する学術的研究ならびに医学的応用を推進することを目的として、1976年（昭和51年）には温泉療法医認定制度を設置している。
古くからの湯治の名湯として知られた温泉地は、医学的、化学的根拠が生まれたことから、その伝統に誇りを持ち、旧套を堅持するようになった。これらの療養、湯治のための温泉は、戦後盛んになった行楽、歓楽温泉とは一線を画すようになり、国も効能が高く、保養、湯治に向いている温泉を国民保養温泉、または国民保健温泉と指定するなど差別化を図るようになり、国からのお墨付きをいただいた温泉地はそれを売りにするようにもなっている。また、それ以外の温泉でも一部の医学者や研究家、評論家などによって宣伝され、今日では口コミや雑誌記事などで療養、湯治に適した温泉地が選ばれるようになっている。その一方で保養と療養の線引きが曖昧になっており、次に挙げるような問題を起こしている。