Στις νότιες παρυφές του Υμηττού, λίγα μέτρα από τις ανατολικές ακτές του κόλπου της Βουλιαγμένης, ξεπροβάλει ένα από τα πιο όμορφα και ιδιαίτερα καρστικά συστήματα που υπάρχουν στον κόσμο. Η λίμνη της Βουλιαγμένης αποτελεί ένα πολυδαίδαλο γεωλογικό φαινόμενο, το οποίο χωρίζεται από τα καταγάλανα νερά του Σαρωνικού με μια στενή λωρίδα ασβεστολιθικών πετρωμάτων. 

Με το σύνολο των εξερευνημένων διαδρομών μέχρι σήμερα να ανέρχεται σε 4,2 χλμ. σε ένα μήκος διείσδυσης 650 μέτρων από την είσοδο του σπηλαίου και με βάθος που αγγίζει πλέον τα 130 μέτρα, η κύρια αίθουσα θεωρείται μια από τις μεγαλύτερες πνιγμένες αίθουσες στην Ευρώπη με όγκο που φτάνει τα 2.000.000 μ3.

H Λίμνη της Βουλιαγμένης είναι μια φυσική υφάλμυρη λίμνη με ιαματικές ιδιότητες. Τα νερά της προέρχονται από βάθος άνω των 100 μέτρων και έχουν θερμοκρασία από 22°C μέχρι 29°C, υποδεικνύοντας ότι σε κάποιο βάθος επικοινωνεί με το ηφαιστειακό τόξο του Αιγαίου. Επίσης, η λίμνη τροφοδοτείται από μια πηγή γλυκού νερού σε βάθος 17 μέτρων. Στη λίμνη καταλήγει ένα υπόγειο σπήλαιο που επικοινωνεί με τη θάλασσα με διάφορες στοές. Βρίσκεται στο νότιο άκρο του Υμηττού, κοντά στη θάλασσα, μέσα σε μια ελλειψοειδή κοιλότητα με μήκος 260 μέτρα και πλάτος 145 μέτρα. Η λίμνη βρίσκεται μισό μέτρο ψηλότερα από την επιφάνεια της θάλασσας και εντάσσεται στις περιοχές Natura από το 2000.

Η λίμνη δημιουργήθηκε όταν τμήμα της οροφής ενός μεγάλου υπόγειου σπηλαίου κατέρρευσε πριν περίπου 2.000 χρόνια λόγω της διάβρωσης και των τεκτονικών κινήσεων, και γι' αυτό δεν υπάρχουν αναφορές από την αρχαιότητα, ούτε καν από τον Παυσανία. Το σπήλαιο βρίσκεται μέσα στα ασβεστολιθικά πετρώματα της περιοχής. Το εξερευνημένο μήκος του σπηλαίου είναι 4.2 χιλιόμετρα. Στο σπήλαιο υπάρχουν 14 σήραγγες, ενώ έχει βρεθεί και ένας μεγάλος υποθαλάσσιος σταλαγμίτης. Ο πυθμένας της λίμνης αποτελείται από λασπώδες υπόστρωμα πλούσιο σε θειούχες ενώσεις. Τα νερά της λίμνης έχουν αυξημένη περιεκτικότητα σε μέταλλα και ιχνοστοιχεία, όπως κάλιο, νάτριο, λίθιο, αμμώνιο, ασβέστιο, σίδηρος, χλώριο και ιώδιο. Τα νερά της λίμνης ενδείκνυνται για ρευματικές παθήσεις, αθλητικές κακώσεις, παθήσεις νευρικού συστήματος, δερματοπάθειες και γυναικολογικές παθήσεις.

Επίσημες Ελληνικές έρευνες που ξεκίνησαν το 1988 μέσω ενός προγράμματος του Υπουργείου Πολιτισμού με χρηματοδότηση του Δήμου, έφεραν στο φως νέα εντυπωσιακά στοιχεία για το σπήλαιο. Επικεφαλής των ερευνών ήταν ο Ελβετός σπηλαιοδύτης Ζαν Ζακ Μπολάνζ, ο οποίος ακολουθώντας ένα άγνωστο στενό πέρασμα, ανακάλυψε μια τεράστια υποβρύχια έκταση με χωρητικότητα 2.000.000 κυβικών μέτρων. Ο συνεργάτης του Μπολάνζ, Λουίτζι Κασάτι, έφερε στο φως έναν υπερμεγέθη σταλαγμίτη, ο οποίος βρίσκεται σε βάθος 105 μέτρων.