“海底烟囱”在大洋中脊或弧后盆地扩张中心的热液作用过程中，由于热液与周围冷的海水相互作用，使热液喷出口附近形成几米至几十米高的羽状固体-液体物质柱子，因其形似烟囱，因此称为“海底烟囱”。加利福尼亚州蒙特雷水族生物研究所海洋地质学家德布拉·斯特克斯认为，海底黑烟囱的构筑绝非仅仅是地质构造活动的结果，其中神奇莫测的热泉生物建筑师的艰辛劳作也功不可没，在烟囱中起着至关重要的作用。因组分和温度差异，形成黑、白两种不同的烟囱：一般海水温度达300℃～400℃时，形成“黑烟囱”，是暗色硫化物矿物堆积所致，主要矿物有磁黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿；而温度为100℃～300℃时，则形“成白烟囱”，主要由硫酸盐矿物（硬石膏、重晶石）和二氧化硅组成，在烟囱附近散落有暗色硫化物和硫酸盐矿物并形成基地小丘、分散小丘等。
现代海底“黑烟囱”的研究始于1977年，当时，美国的阿尔文号载人潜艇在东太平洋洋中脊的轴部采得由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年又在同一地点1650～2610米的海底熔岩上，发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱，约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出，与周围海水混合后，很快产生沉淀变为“黑烟”。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘，称为“黑烟囱”。海底“黑烟囱”属于地壳活动在海底反映出来的现象，它分布在地壳张裂或薄弱的地方，如大洋中脊的裂谷、海底断裂带和海底火山附近。大西洋、印度洋和太平洋都存在大洋中脊，它高出洋底约3000米，是地壳下岩浆不断喷涌出来形成的。洋脊中都有大裂谷，岩浆从这里喷出来，并形成新洋壳，两块大洋地壳从这里张裂并向相反方向缓慢移动。在洋中脊里的大裂谷往往有很多热泉，热泉的水温在300℃左右，大西洋的大洋中脊裂谷底，其热泉水温度最高可达400℃。在有火山活动的海洋底部，也往往有热泉分布。
海底“黑烟囱”的形成主要与海水及相关金属元素在大洋地壳内热循环有关。由于新生的大洋地壳温度较高，海水沿裂隙向下渗透可达几千米，在地壳深部加热升温，溶解了周围岩石中多种金属元素后，又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。由于矿液与海水成分及温度的差异，形成浓密的黑烟，冷却后在海底及其浅部通道内堆积了硫化物的颗粒，形成金、铜、锌、铅、汞、锰、银等多种具有重要经济价值的金属矿产。世界各大洋的地质调查都发现了“黑烟囱”的存在，并主要集中于新生的大洋地壳上。
在很久以前，许多科学家都认为深海海底是永恒的黑暗、寒冷及宁静，不可能有所谓的生命。但是1979年，科学家首次在2700千米的海底发现热泉，并观察到和已知生命极为不同的奇特生命形式，进而改变了对地球生命进化的认知。2000年12月4日，科学家又在大西洋中部发现另一种热泉，结构完全不同，他们把它命名为“失落的城市”，再度引发了科学家对海底热泉的研究热潮。海底热泉是指海底喷泉，原理和火山喷泉类似，喷出来的热水就像烟囱一样，发现的热泉有白烟囱、黑烟囱、黄烟囱。在宜兰龟山岛所发现不断往上喷出的海底热泉，是一种黄烟囱，这是因为海底冒出大量硫黄所造成的现象，也是近年来发现最大的近海海底热泉，水深从二三千米到三十几千米，约有八九处之多。在深海热泉泉口附近均会发现各式各样前所未见的奇异生物，包括大得出奇的红蛤、海蟹、血红色的管虫、牡蛎、贻贝、螃蟹、小虾，还有一些形状类似蒲公英的水螅生物。
海底烟囱，可反映热液作用不同阶段的物质来源和温度条件，在其附近水温达300℃以上，压力也很大，但周围生长有许多奇特的蠕虫、贝类生物群体，似白烟雪球。它们有时会消失得无影无踪，可能与热液喷口周围温度及物质变化有关。这种生物现象，被认为是当代生物学的“奇迹”，已有不少学者以此作为探索生命起源和演化的重要线索。在黑烟囱喷出的热液里富含硫化氢，这样的环境会吸引大量的细菌聚集，并能够使硫化氢与氧作用，产生能量及有机物质，形成化学自营现象。这类细菌会吸引一些滤食生物，或者是形成能与细菌共生的无脊椎动物共生体，以氧化硫化氢为营生来源，一个以化学自营细菌为初级生产者的生态系统便形成了。
现代海底“黑烟囱”及其硫化物矿产的发现，是全球海洋地质调查近10年中取得的最重要的科学成就之一，因其和海底成矿、生命起源等重大问题有关而成为国际科学前沿。
人类生活中烟囱并不陌生，但海中也有烟囱真实难以置信，这种生物现象堪称当代生物学上的奇迹。海底“黑烟囱”的发现及其研究是全球海洋地质取得的最重要的科学成就之一。
