O sinclinal do Buçaco tem cerca de 40 km de comprimento e localiza-se entre o Luso, a noroeste, e Penedos de Góis, a sudeste de Penacova. Esta estrutura, resultante da orogenia Varisca, é constituída por uma sequência de rochas de idades ordovícica e silúrica, que assenta sobre as rochas do Supergrupo Dúrico-Beirão. Posteriormente, o sinclinal foi afetado por uma intensa fraturação, dando origem a uma rede de fraturas no flanco nordeste.

Na Formação dos Quartzitos Armoricanos, uma das formações do sinclinal, desenvolve-se o Sistema Aquífero do Luso, de onde são extraídas as águas minerais naturais do Luso e de Penacova.

A Figura 1 representa o mapa geológico simplificado de uma parte do sinclinal do Buçaco, onde se assinalam o limite do Sistema Aquífero do Luso, a localização aproximada da Mata Nacional do Buçaco (MNB) e a localização do corte A-B, representado na Figura 2. No corte da Figura 2 estão representadas três das unidades que constituem o sistema aquífero: o Aquífero Termal do Luso, o Aquífero Hipotermal do Luso e o Aquífero Termal de Penacova. As temperaturas de emergência da água dos três aquíferos são, respetivamente, cerca de 27 ºC, 17 ºC e 20 ºC.