Теория происхождения Славянских соляных озер и источников тогда не была еще достаточно хорошо разработана. Одни полагали, что образовались они от размыва подземными водами лежащих на разной глубине пластов каменной соли, или же от провалов земной поверхности.
Бурение рассольных скважин, проведенное в 80-х годах прошлого века в районе Славянских солеваренных заводов, дало полную картину геологического строения почвы в этой местности. Под поверхностным примерно двухметровым слоем дерна и земли располагается толща песчаника с вкраплениями гальки — от 10 до 13 метров. За ней следует мощный слой — почти в 40 метров — красных глин с голубыми прожилками. На глубинах свыше 50 метров встречаются гипсы и ангидриды с незначительными прослойками соленосных глин и каменной соли. В этом слое нередко встречаются пустоты, заполненные крепким соляным раствором (20—22° по Боме). Далее уже залегают пласты каменной соли. Поборники этой точки зрения приводили в защиту своего мнения предание о возникновении Репного озера. Говорили, что оно образовалось уже после заселения этого края слободскими казаками. Земля, по украинскому народному выражению, «репнула», то есть треснула, и вода затопила находившиеся там соляные колодцы и варницы. В 60-х годах прошлого века на дне озера нашли железные котлы, «садовницы» — ящики с дырчатым дном для сушки соли и другое оборудование солеварен. На значительном расстоянии от берега озера обнаружили столбы, видимо, остатки амбаров и градирен.

Другим аргументом в пользу этой гипотезы служат провалы, которые нередко происходили и в XVIII и в XIX веках. Так, в 60—80 годах прошлого века неподалеку от озера появился ряд небольших водоемов. В разных местах из-за провалов возникали круглые, правильной формы углубления с воронкой в центре. Глубина воронки достигала 4—6 метров. В сухое время года озера высыхали, потому что вода уходила через воронки. Постепенно с течением времени эти воронки полностью засорялись, от них не оставалось никаких следов. Тем не менее, вода снова появлялась в этих озерах из жерла воронок и туда же уходила. Эти озера местное население называло «топилами». Любопытно, что все они лежат на одной и той же оси — с запада на восток, то есть в том же направлении, что и длинные оси больших Славянских озер.

Противники «провальной» теории образования Славянских соляных озер считали, что причину их происхождения надо искать в пластах каменной соли. Образующиеся при их размыве на большой глубине соляные растворы могут найти для себя выход в глубоких речных долинах. Там значительные толщи водонепроницаемых пород — гипсов и ангидритов уже смыты вековыми усилиями грунтовых вод, дождей и снега.
В силу природных условий рельефа Славянская долина обеспечивает движению подземных вод наиболее благоприятные условия. Под давлением вышележащих толщей подземные воды, насыщенные солью, стремятся подняться вверх по трещинам водонепроницаемых пород. По дороге эти крепкие рассолы встречают среди гипсов большие потоки пресной воды и сильно снижают свою концентрацию. Поднимаясь постепенно все выше, ближе к земной поверхности, они сталкиваются с пресными водами и еще уменьшают свою крепость. Наконец, попадая в пласт плывучего песка, рассолы смешиваются с водами, его пропитывающими, и окончательно слабеют.
Просачивание пресной воды из поверхностных слоев земли способствует тому, что на поверхность поднимаются соленые воды

Сторонники этой гипотезы, однако, не отвергают полностью теорию провального возникновения соляных озер. Они лишь дают ей несколько иное толкование. В местах провалов, говорят они, поверхность сообщается с глубокими горизонтами. В тех местах, где такое сообщение будет легче, приток рассолов будет более обильным. Поэтому соляный источник, расположенный близко ко дну воронки или радиально к трещинам, вокруг нее будет гораздо крепче, чем более удаленный от воронки.