دریاچه مهارلو در یک افتگاه با روند شمال غرب- جنوب شرق تحت اثر گسل‌های مهارلو و قره در جنوب شرق شهر شیراز و در محدوه‌ای کارستی ایجاد شده است. پژوهش‌های سازمان زمین‌شناسی دفتر شیراز، نشان داده که با افزایش تبخیر و کاهش آب‌های وارده به حوضه، غلظت املاح در شورابه‌ها افزایش یافته و علاوه بر کربنات‌ها و سولفات‌ها، کلر‌ها و به ویژه هالیت ته‌نشین می‌شود.
با شروع ته‌نشست هالیت، یون‌های سدیم و کلر از سامانه خارج می‌شود و غلظت املاح منیزیم و سولفات بالا می‌رود. رسوبات تشکیل‌دهنده دریاچه مهارلو از سه نوع تخریبی، کربناته و تبخیری است، خشکسالی و بیرون آمدن رسوبات دریاچه مهارلو از آب حدودا از ۵۲۵۰ تا ۴۳۰۰ سال پیش، حدود ۹۵۰ سال طول کشیده و پس از آن شرایط اقلیمی مرطوب بر منطقه حاکم شده تا ۱۸۰۰ سال پیش که مجددا یک فاز خشکسالی آغاز شده است. سرعت رسوب‌گذاری در سال بین ۱۳ صدم میلی متر در بخش کم ژرفای جنوبی تا ۳ دهم میلی‌متر در ژرف‌ترین بخش دریاچه متغیر است.
ایجاد فروچاله‌های شرق دریاچه مهارلو با برداشت بی‌رویه آب‌های زیرزمینی و در نتیجه افت سطح ایستابی مربوط است. خشکسالی‌های چندین ساله اخیر و افت سطح ایستابی و خشک شدن چشمه آب شیرین در جنوب دریاچه از پدپده‌های نوین در دریاچه مهارلو است. البته مداخله انسان و برداشت بی‌رویه آب‌های زیرزمینی موجب ایجاد فروچاله در شرق دریاچه مهارلو شده است.
در مناطق خشک و کم‌باران که منابع سطحی آب شیرین محدود است و این آب‌ها با خطر آلودگی مواجه هستند، منابع آب زیرزمینی از اهمیتی فوق‌العاده برخوردارند. سفره‌های کارستی دریاچه مهارلو ارتباط نزدیکی بین جنس سازند، توپوگرافی (مانند شیب، ارتفاع و انحنای دامنه) و عوامل هیدرولوژیکی را با فراوانی چشمه‌ها در منطقه نشان می‌دهد. این روابط نشانگر نقش بارز عوامل ساختاری و محیطی و لزوم توجه به آن در بررسی فراوانی چشمه‌ها و انتقال آب‌های زیرزمینی در این منطقه کارستیک است.
دریاچه مهارلو که به دریاچه نمک نیز معروف است در ۲۷ کیلومتری جنوب شرقی شیراز منبع اصلی نمک صنعتی در استان است. نمک دریاچه سرشار از پتاسیم و املاح دیگر است و کف دریاچه سرشار از جلبک‌های قرمز است. در تابستان، زمانی که باران کمتر و تبخیر بیشتر می‌شود، دریاچه به رنگ صورتی در می‌آید. سامانه بارشی اخیر که از چهارشنبه ۱۲ اردیبهشت ۱۴۰۳ وارد فارس شد، از مناطق استان در شهرستان نورآباد ممسنی با ۹۲ میلی‌متر بارش رکورد‌دار بارش‌های اخیر است. در کازرون ۵۸ میلی‌متر، جهرم ۴۱، اردکان و زرین‌دشت ۴۰ میلی‌متر و فسا و داراب ۳۵ میلی‌متر باران بارید میزان بارش‌های شیراز هم در این سامانه اعلام شد.
از ویژگی مهم این دریاچه فصلی بودن آن است و در فصل تابستان این دریاچه تقریبا خشک می‌شود. برای مطالعه آب کارستیک، اولین فعالیت در زمینه مطالعه سازند‌های سخت ایران حدود پنجاه سال قبل در همین منطقه در سازند‌های سخت زاگرس جنوبی بوده که در سال ۱۳۵۰ توسط دفتر بررسی‌های منابع آب وزارت نیرو در سه حوضه دریاچه‌های مهارلو-بختگان، رودخانه شور داراب و رودخانه زهره-جراحی به انجام رسید.
این دفتر طی سال‌های ۱۳۶۳ لغایت ۱۳۶۵ به منظور شناسایی سازند‌های کارستی در اطراف شهر‌های شیراز، کازرون، بندرعباس و مشهد حفاری‌های اکتشافی و پیزومتری در این سازند‌ها با کشور چکسلواکی سابق به انجام رسید.
