В мацестинских минеральных водах некоторых буровых скважин концентрация сероводорода достигает 450—460 миллиграммов на литр, поэтому они относятся к группе вод с высоким содержанием сероводорода и занимают одно из первых мест среди сульфидных вод не только в Советском Союзе, но и за рубежом.

Более высокая концентрация сероводорода найдена в красно-камских водах (до 1000 миллиграммов на литр), на Керченском полуострове (до 800 миллиграммов на литр), в источниках курорта Талги (до 620 миллиграммов на литр) и в Приуралье (до 500 миллиграммов на литр).

В зависимости от активной реакции воды или концентрации водородных ионов, выражаемой величиной рН, сероводород в сульфидных водах может находиться в свободном, полусвязанном и связанном состоянии. Сумма этих форм сероводорода представляет общую концентрацию сероводорода. В мацестинских водах различных буровых скважин при рН, изменяющемся от 7,1 до 6,5, концентрация свободного сероводорода составляет от 30 до 60% общего содержания сульфидов. Остальная часть сульфидов представлена полусвязанным сероводородом, т. е. гидросульфидными ионами. Таким образов, мацестинские воды следует отнести к группе сероводородно-гидросульфидных вод, которые наиболее распространены в природе.

Свободный сероводород в растворе находится в молекулярном, то есть недиссоциированном состоянии, а также входит в состав газовых пузырьков. Даже незначительное количество его в воздухе — около 1,5 микрограмма на литр — легко обнаруживается по характерному запаху.

В бальнеологии данные о концентрации свободного сероводорода в воде имеют принципиальное значение, поскольку многолетними исследованиями в клиниках и в эксперименте на животных установлено, что терапевтически активными, т. е. лечебными свойствами обладает именно свободный сероводород; он способен проникать в организм через кожу человека, принимающего сероводородную ванну. Вместе с тем при оценке терапевтических свойств мацестинских ванн учитывается не только влияние на организм других газов, растворенных в воде, но и действие солей, биологически активных микроэлементов, а также температуры и гидростатического давления воды. Определенное значение имеет также концентрация газов, в частности сероводорода, во вдыхаемом воздухе.

Основная часть солевого состава мацестинских вод представлена хлористым натрием, который в растворе находится в виде положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора. В значительно меньших количествах содержатся в растворе ионы кальция, магния, гидросульфида и гидрокарбоната. Еще меньше концентрации в воде ионов аммония, брома, йода и фтора.

Помимо основных компонентов, в мацестинской воде имеются продукты окисления сероводорода — тиосульфаты, сульфиты, сульфаты и коллоидная сера, концентрация которых не превышает нескольких миллиграммов на литр. С помощью спектрального анализа в мацестинской воде были обнаружены стронций, литий, барий и др. В ничтожно малых количествах — порядка нескольких микрограммов в литре — содержатся другие микроэлементы — мышьяк, фосфор, медь и даже золото.