Topla voda je najstariji Vrnjački izvor koji je korišćen još u praistoriji, a zatim i u periodu rimske vladavine nad ovim prostorima, dakle između prvog i četvrtog veka nove ere. Iako nam nije poznat intezitet korišćenja vrnjačkih mineralnih voda udoba turske vladavine, predanje kaže da ih Turci jesu koristili, ali da su ih sami meštani zatrpali kako bi presekli zainteresovanost Turaka za banju i tako se rešili zuluma i kuluka. Prema legendi izvor je ponovo otkriven u 19-om veku kada se pijući vodu sa njega izlečio bolesni konj vrnjačkog paroha Hadži Jeftimija Popovića. Ono što se pouzdano zna jeste da je zalaganjem Kneza Miloša da se ispitaju svojstva srpskih voda, 1835. godine urađena prva hemijska analiza vode sa Toplog izvora. Analize je izvršio baron Žigmund Herder i ustanovio visok mineralni kvalitet, svrstavajući termomineralnu vodu Vrnjačke Banje u rang sa svetski poznatim banjama kao što su češke Karlove Vari. Kada je u drugoj polovini 19-og veka u Vrnjačkoj Banji osnovano „Osnovatelno fundatorsko društvo kiselo vruće vode u Vrnjcima“ usledile su nove kaptaže izvora, a 1883 izgrađen je i Kursalon. Nastavlja se banjski razvoj, pa se 1892. na teritoriji Vrnjačke Banje pojavljuje i prvo zidano kupatilo, a posle kaptaža izvedenih 1924. godine, zidaju se paviljon sa centralnim izvorom i poklon kralja Aleksandra Karađorđevića Vrnjačkoj Banji – termomineralno kupatilo. Godine 1975. podignuta je i nova biveta Toplog izvora, što je poslednja veća fizička promena na njemu.
Temperatura izvora Topla voda iznosi 35.3 ᵒC, što ga svrstava u homeoterme (termomineralne vode čija je temperatura u rangu temperature ljudskog tela), a pH vrednost vode iznosi 6.4. Izvor Topla voda spada u red alkalnih ugljenokiselih homeotermi.