Пещеры образуются, если есть карстующиеся трещинные породы и движущаяся вода; играют роль и другие факторы — местные климатические условия, характер растительности или ее отсутствие, особенности рельефа, химический и минералогический состав горных пород и пр.

Изучение карста имеет огромное практическое значение для водоснабжения, разного рода строительства — железных и автомобильных дорог, мостов, плотин, тоннелей и т. п., при поисках и добыче полезных ископаемых.

Пещеры — уникальные и удивительные подземные творения природы. Некоторые полагают, что это холодные, мрачные, безжизненные подземелья, в которых ничего интересного нет. В действительности это далеко не так. Всемирной известностью пользуются такие карстовые пещеры, как Флинт-Мамонтова (общая длина ходов — 341 км!) вАпалачах в США, Хёллох в Швейцарии, Айсризенвельт в Австрии, глубочайшие пропасти — Жан-Бернар (1410 м глубины) и Пьер-Сен-Мартен (1350 м) во Франции. Самая большая по кубатуре — Новоафонская пещера в Грузии — 1,5 млн куб. м. За рубежом на территориях многих пещер организованы национальные парки, а в нашей стране — заказники и памятники природы. Их посещают миллионы людей.

На заре человечества пещеры использовались как жилища. В них было относительно тепло, можно было развёсти костер и спасаться от диких зверей. Пещеры служили пристанищем древних, теперь уже вымерших животных (пещерный медведь, пещерный лев и др.). В немногих пещерах мира сохранились рисунки времени палеолита (пещеры в Пиренеях, на Урале— Капова и Игнатьевская пещеры в Башкирии) и неолита. Здесь совершались ритуальные обряды, возникали подземные храмы, кельи. Сейчас некоторые пещеры используются для научных целей, например для установка приборов, регистрирующих различные природные явления (колебательные движения земной коры, приближение наводнения, шторма и пр.). С пещерами связано распространение термальных вод, образование пещерного жемчуга.

Особый микроклимат пещер позволяет использовать некоторые из них для лечения больных астмой, аллергией и другими заболеваниями.

Пещеры вовсе не безжизненны, здесь встречаются низшие растения и животные. Биологи выделяют три основные формы пещерных животных: тех, что попадают в пещеру с токами воздуха (мухи, бабочки) или с водой пещеролюбивые формы, которые легко ориентируются в полной темноте, (летучие мыши); животные, постоянно обитающие под землей - преимущественно беспозвоночные (рачки-бокоплавы, ногохвостки). Из-за отсутствия солнечного света у таких видов утрачивается зрение, яркая окраска и, наоборот, усиливаются осязание, обоняние, слух. Каталог типичных пещерных животных включает несколько сотен видов разных классов.

Пещеры обычно состоят из множества проходов (коридоров) и залов (гротов), размеры которых могут быть самыми различными . Так, российский ученый-спелеолог Г. А. Максимович по протяженности делит пещеры на громадные (длиной более 120 км), очень большие (100 – 25 км), большие (25 – 1 км), значительные (1000—250 км), небольшие (250 - 10 м) и малые (мене 10 м). Уральские пещеры в большинстве своём относятся к трем последним группам.

По дну пещер часто протекают подземные реки, встречаются многочисленнее озера. Их режим определяется местным климатом и колебаниями уровней воды в ближайших водных бассейнах. Зимой в умеренных широтах многие подземные озера полностью промерзают, весной уровень в них резко повышается и некоторые коридоры и гроты надолго затопляются.

Особая эстетическая и научная ценность пещер — капельники: сталактиты и сталагмиты (от греческого «сталак» - капля) и другие натечные образования (каменные водопады и занавеси, сталагнаты и пр.). Окрашенные химическими примесями в различные цвета, все эти оригинальные формы подземного рельефа придают пещерам сказочную красоту (не зря подобные гроты называются грот Сказка, Сказочный и т. п.). Образование натечных форм связано с постепенным просачиванием воды сквозь трещины карбонатных пород. Даже самая малая капля воды насыщена известью. Капля за каплей вода просачивается из трешин и падает вниз или стекает по потолку и стенам. С течением времени на потолке пещеры образуется бугорок, который, разрастаясь, превращается в сосульку — сталактит. В некоторых пещерах с потолка свисает целый лес таких сосулек, длина их может достигать нескольких метров. Известь выделяется и из капли, упавшей на пол пещеры. В таких случаях навстречу сталактитам растут вверх известняковые конусы, или сталагмиты. Сросшиеся вместе сталактиты и сталагмиты образуют колонны — сталагнаты.

Натечные образования – не только красочное убранство пещеры. Они служат мерилом возраста самих пещер и их отдельных гротов, а следовательно, могут быть использованы для определения абсолютного возраста горных пород конкретной местности. Интенсивность роста кальцитовых сталактитов в разных подземных полостях и в различных природных условиях изменяется, по данным Максимовича, от 0,03 до 35 мм в год, т. е. крайне медленно. Следовательно, если от сталактита отломлено 30—35 см—утрачена история пещеры за 10 лет!

Сталагмиты, формирующиеся на полу пещер, в поперечном срезе слоисты: чередуются концентрически расположенные белые и темные слои от 0,02 до 0,07 мм толщиной.

Исследования чешского спелеолога Ф. Витасека показали, что нарастающие сталагмитовые слои представляют полугодичный продукт, где белые тона отвечают зимнему периоду, а темные — летнему (теплые воды имеют повышенное содержание примесей — гидроокисей металлов и органических соединений). Подсчитав в срезе число парных слоев, нетрудно определить возраст сталагмита, а также подземных полостей, в которых он сформировался. Возраст некоторых пещер Чехословакии составил 600 000 лет! По данным Максимовича, возраст сталагмита из Кизеловской (Виашерской) пещеры, имеющего в поперечнике 70 см, равен 2500 лет.

Уральская карстовая страна — одна из крупнейших в России. По числу полостей она занимает одно из первых мест, здесь известно более 500 полостей. Только за последние 10 лет спелеологами Урала открыто и обследовано около 100 пещер и природных шахт.

У истоков изучения карста в России и на Урале стоял В. Н. Татищев, который столкнулся с этим явлением в свой первый же приезд на Урал. Летом 1720 г. он услышал от местных жителей о. «песчере» и многочисленных «рвах». Исследовав Кунгурскую пещеру, Татищев обратил внимание на широкие подземные гроты, «якобы великие палаты» и «уские и едва проходимые скважины», также обнаружил подземное озеро; по его подсчетам длина пещеры около версты (теперь — 5,6 км).

Ему были известны и другие проявления карста: исчезающие речки, подземные ключи, особенно «по речке Ирени и реке Иргине, в селе Ключах, близ городка Серги». « .Провальные ямы (карстовые воронки) и пещеры возникают не везде, а только на плоских высоких горах», которые под поверхностными породами имеют «известной или гипсовый камень». Это было важным географическим открытием, так как современники Татищева объясняли происхождение подземных пустот следствием «подземного огня», передвижениями «подземного зверя мамонта», всемирным потопом или действием рук человека.