Nedaleko města se nachází přírodní památka U Petrůvky, kterou tvoří pastvina s výskytem vstavače obecného. Unikátní přírodní zajímavostí Luhačovic je především 16 hydrouhličitanochloridosodných kyselek a jeden sirný pramen, které vyvěrají na území města. Každou hodinu se zde na povrch dostává 15 tisíc litrů minerální vody! Některé z pramenů jsou volně přístupné veřejnosti, a to Vincentka, Ottovka, Aloiska, dr. Šťastného a sv. Josefa. Jiné, např. Janovka, Elektra, Jubilejní, Sírný, Jaroslava, se používají ke koupelím a inhalacím v léčebných zařízeních.

Luhačovickým údolím protéká říčka Horní Olšava zvaná také Šťavnice nebo Ščavnica. V roce 1928 byla na jejím toku, asi 2 km od centra lázní, dobudována údolní přehrada. Zachycuje nenadálé přívaly vod a chrání lázeňské náměstí před dříve tak častými povodněmi. V současnosti je vyhledávaným rekreačním cílem.