Die Senken der Seen entstanden am Ende der Würmeiszeit vor 12.000 Jahren nach den Gletscherrückzug aus Toteisblöcken, das sind riesige einzelne Eisblöcke, die durch Geröll vor schneller Abschmelzung geschützt waren und daher nur langsam abtauten. Die zurückbleibenden trichterförmigen Kessel füllten sich mit Schmelz- und Grundwasser und bildeten die Seenlandschaft.
Besonders im Süden tritt das Grundwasser in erheblichen Mengen aus unterseeischen Quelltrichtern aus, der oberirdische Zufluss ist unbedeutend. Die Tiefe der Seen reicht von etwa 5 Metern beim Waschsee bis zu knapp 30 Metern beim Großen Ostersee.
Das Quellwasser der Osterseen ist relativ kalkhaltig. Ganzjährig hat es eine Temperatur von etwa 8° C. Deshalb bleiben im Winter Stellen, wo das relativ warme Quellwasser aufsteigt, länger eisfrei oder sie werden nur von einer meist dünnen Eisdecke überzogen. Nicht zuletzt deshalb ist beim Betreten der Eisflächen äußerste Vorsicht geboten!