火山活動
臺灣位於環太平洋火山帶上，板塊碰撞活動劇烈，但相較於鄰近的日本、菲律賓和印尼等國家常有強烈的火山噴發活動，臺灣到目前為止都沒有明確的火山噴發活動記錄。現今臺灣地區仍有火山活動的地區，僅侷限在臺灣北邊的大屯火山群、宜蘭外海的龜山島，及東北部外海的海底火山。學者推測臺灣地區目前的火山活動，應該與菲律賓板塊在臺灣東北部外海往北隱沒到歐亞板塊底下有關。
依據近期地形學與地質學的研究，大屯火山群噴發活動大約於距今100 萬年前開始，並延續至距今20萬年前。由火山碎屑岩的層序分析，顯示大屯火山群有7 期的噴發層序，其中以第2期至第4 期噴發規模與範圍最大，而第3期形成最多火山。大屯火山群的火山活動，大多與斷層構造的位置有關。岩漿沿著斷層或斷層造成的裂隙噴發，而這些裂隙也提供溫泉的管道。
大屯火山群的火山活動，一般認為與臺灣北部近期屬於板塊碰撞後期的崩解張裂環境有關。依據火山泥流堆積物的層序以及岩石定年的研究，火山活動的高峰約在距今80-20 萬年前之間，而由氦氣同位素的研究顯示，地函下部的物質有向上滲到大屯火山群的現象；七星山與大油坑附近也偵測到非常集中的群震活動現象，偶爾伴隨典型的火山地震。此外，火山灰的定年結果，認為大屯火山群的最後一次噴發，可能在距今約6千年，因此推論大屯火山群屬於活火山。由於火山地區的地殼深處仍有岩漿活動，並未排除未來噴發的可能性。
火山地質地形
火山外形依據噴發的型式與成份的差異，可分為三種：盾狀火山、錐狀火山和複式火山。盾狀火山外形呈扁平低緩，底部甚大，坡度甚緩，形狀如平放地上的盾牌，熔岩流以流動性較佳的玄武岩質岩漿為主，因此在以安山岩為主的陽明山國家公園內看不到此種火山。錐狀火山則是具較陡坡的圓錐狀外形，如果是由噴發出的大量火山碎屑岩渣所堆積而成的火山稱為火山渣錐；若是由黏致性較大、流動性較差的中性或酸性熔岩所形成的火山，通常呈鐘狀的渾圓外形，不具有火山口，形狀像倒置的碗，如陽明山國家公園內的紗帽山、大尖後山等都屬此種錐狀火山。複式火山的外形呈圓錐狀，上部坡度較陡，下部較平緩，是由熔岩流和火山碎屑岩交替噴出成互層所形成，又稱為層狀火山，頂部具有明顯的火山口。全世界大部分的火山，尤其是位於島弧的火山，均屬於此種火山體。陽明山國家公園內的火山都以複式火山為主，如七星山、小觀音山、大屯山、竹子山及磺嘴山等都是。
地底岩漿噴出地表形成火山，頂上常形成一個凹陷的盆地，稱之為火山口。火山口依形成機制的不同可分為3種，爆裂火山口，陷落火山口與沉陷火山口。爆裂火山口是火山把其通道頂端爆開，形成凹陷之火山口；陷落火山口是火山噴發後期，岩漿庫掏空，新的岩漿來不及補充，因此無法承受上部岩層的重量，於是造成陷落所形成。至於沉陷火山口則與大地構造有關，在火山噴發前，岩漿上昇的同時發生陷落所形成，然後岩漿沿著下陷所形成的裂隙噴出。國家公園的主要火山都有爆裂火山口，不過因受到風化侵蝕的作用，大都已不明顯。
凹陷的火山口常因盛積雨水成為湖泊，我們稱之為「火口湖」，向天池即是一例，但因地底裂隙僅限豪大雨才形成短暫湖景。又原本山谷中的溪流被火山噴出的熔岩堵塞，積水而成的湖就叫做「堰塞湖」，位於七星山與大屯山之間的竹子湖即是在這種情況下形成的，唯當地在湖水乾涸後，今日已開墾為蔬菜、花卉之栽培區。
火山地形影響，本區的溪流均以放射狀向四方流瀉，溪流流程短、坡度陡、水流急，致使峽谷與瀑布特別多，區內較著名的瀑布有大屯瀑布、楓林瀑布、絹絲瀑布與聖人瀑布；主要的溪流有源於七星山北麓的北磺溪、源自七星山南麓的南磺溪、還有南向的雙溪及東流的瑪鋉溪等，溪水量受季節性降雨量的影響有十分明顯的差別。
火山活動終止之後，地底下仍保有餘熱，當地表水滲入地底深處經熱源加熱後，大部份熱液貯存在滲透性良好的岩層中，小部份則順著斷層的縫隙冒出地面，此即溫泉的由來；如果熱水的溫度超過沸點，在地下就已汽化成水蒸氣再噴出地面，便形成噴氣孔，以上均是所謂的後火山活動現象。大屯火山群大部分的溫泉與噴氣口位置呈東北—西南帶狀分布，可能與北投到金山之間長18公里，寬約3公里的新莊斷層息息相關。其中以大磺嘴、小油坑、馬槽、大油坑、死磺子坪和庚子坪等地之噴氣孔活動最為劇烈，而陽明山區最為人津津樂道的溫泉資源也正位於此一帶狀地區。
園區各溫泉依所含化學成份的不同，大致可分為三類：酸性硫酸鹽溫泉又稱為白磺；大磺嘴、竹子湖、死磺子坪、庚子坪的溫泉都屬於這一種。酸性硫酸鹽氯化物溫泉又稱為青磺；以馬槽、大油坑的溫泉為代表。中性碳酸氫鹽溫泉又稱鐵磺水；其溫度較低，多以地下水間接加熱而成，如鼎筆橋、冷水坑的溫泉。能在天然的景緻裡浸泡在霧氣蒸騰、滑溜舒暢的溫泉中真是無比的享受，無怪乎總有不少人不辭路遠，每天必定來此報到，溫泉的魅力由此可見。
園區的岩層主要由火山岩與沉積岩所組成。火山岩主要包括更新世火山活動形成的安山岩，其產狀包括熔岩流、集塊岩與凝灰岩，也含有少部分玄武岩質的熔岩，以及廣泛分布的火山泥流沉積物。安山岩是一種中性火山岩，主要含角閃石、輝石、斜長石、橄欖石等礦物，一般用所含有的主要礦物來細分這些安山岩，例如角閃石−輝石安山岩、兩輝石安山岩、橄欖石−輝石安山岩等。玄武岩是一種基性火山岩，所含礦物以輝石、斜長石與少部分橄欖石為主。沉積岩約是由漸新世晚期至上新世位在亞洲大陸邊緣的淺海環境所沉積，主要的地層包括五指山層、木山層、大寮層、石底層、南莊層與桂竹林層。火山岩以不整合（時間上不連續）的方式覆蓋在沉積岩之上。