Le marais est une « fenêtre » sur la grande nappe phréatique de Beauce qui circule d'ouest en est, des plateaux du Gâtinais vers le Loing, dans les sables de Fontainebleau. Au droit du marais, les marnes et argiles forment une couche imperméable qui sert de support à la nappe phréatique.
Les variations du niveau d'eau du marais ne sont pas liées aux précipitations, mais au rythme long des variations de la nappe phréatique, qui est localement absorbée et stockée dans les couches de sable. Au coeur du marais, à la « fontaine ronde », en plein gel, l'eau sort libre, trahissant son origine géologique. L'eau du marais s'infiltre pour refaire surface à la source de Bourron quelques kilomètres à l'est. A cet emplacement se situe un des captages qui alimente la Ville de Paris en eau souterraine.

Coupe géologique du golfe de Larchant