A barlang keletkezése a felszíni víznyelőkön keresztül a mészkőhegyek belsejébe került csapadékvizek oldó (korrozio) és mechanikai (erozio) hatására vezethető vissza. A mészkő ugyanis más kőzetekhez viszonyítva aránylag könnyen ereszti át a vizet. A víz a már eredetileg meglevő szűk hasadékokon, diaklázisokon keresztül halad a legközelebbi völgy - a mi esetünkben a jósvafői Forrásvölgy - felé, ahol források alakjában napfényre tör. A víz a rendkívül szűk repedésekben eleinte csak igen lassan és nagy nyomás alatt folyhat, kémiai oldóhatása tehát elég kedvező körülmények között érvényesülhet. A szűk hasadékokat tehát egyre jobban kioldja, tágítja. Gyakorlatilag a mészkőnek, más kőzetekkel ellentétben, nincsen, vagy csak nagyon kevés a málladéka, amivel a keletkezett üregek esetleg újra betömődhetnének. Az egyre bővülő hasadékokban a víz mindnagyobb sebességgel rohan, a nagy nyomás is megszűnik, hiszen a víz most már nem mindig tölti ki a kibővült hasadékok teljes keresztmetszetét.
A víz oldó hatása tehát lassan csökken, de ezzel szemben egyre erősödik a rohanó víz és a vele tovasodrott törmelék koptató, mechanikai hatása, az erózió. Az Aggteleki barlang kifejlődését, hatalmas üregeinek keletkezését még az a körülmény is igen kedvezően elősegítette, hogy a barlang vízgyűjtőterületéről besodrott nagymennyiségű pliocénkorú kvarckavics is állandóan koptatta, súrolta a jóval puhább mészkövet.
Nagyobb földalatti üreg, folyosó tartósan csak úgy állhat ellen a beomlás veszélyének, ha a szélesség és magasság aránya, továbbá a boltozat görbülete a szilárdságtan törvényeinek megfelel. Ezt legjobban megközelítik az alagutak formái. Ha már most egy barlangban a földalatti patak és annak hordaléka egyre csak szélesíti az üreget, akkor előbb-utóbb bekövetkezik egy olyan állapot, hogy az üreg méretei már nem felelnek meg a fönt említett törvényeknek, a boltozat túlságosan lapos lesz, végül beszakad és keletkezik egy újabb, magasabb, a hegynyomásnak jobban ellentálló boltozat. A leszakadt törmeléket a patak azután feloldja, elkoptatja vagy továbbgörgeti. Ilyen módon keletkeznek a barlang folyosójában a hatalmas, gyakran több mint száz méter átmérőjű termek (Pl. a Horthy Miklós-terem, a Nagy terem).
Előfordulhat azonban az is, hogy olyan óriási mennyiségű anyag szakad le, hogy a patak vele nem birkózhatik meg. Ilyenkor elkerüli, más medret keres a patak. Ilyen esetet látunk pl. a „Libanon hegye” hatalmas omlásánál.
Tudjuk, hogy a vizet vezető völgyek, különösen felső szakaszukon állandóan mélyülnek. Miután a völgyek sokkal nagyobb vízmennyiséget és nagyobb mennyiségű törmeléket vezetnek, mint a barlangok, természetesen mélyülésük is sokkal gyorsabb. A völgyek mélyülésével lejjebb száll környékük földalatti vizeinek szintje, az úgynevezett karsztbázis is. Mivel a barlangok mélyülése nem tarthat lépést a völgyek mélyülésével, a barlangi patakok vize előbb-utóbb valamelyik alkalmas, mélyebbre vezető hasadékon keresztül az újabb, alsó karsztbázis nívójára esik és ott kezd új földalatti medret, barlangot vájni. A régi, felső barlang így fokozatosan kiszárad és csak igen nagy esőzések, hirtelen hóolvadás után, - amikor az alsó barlang már szűknek bizonyul a rengeteg víz befogadására, - keletkeznek benne hosszabb összefüggő vízfolyások.
Az aggteleki barlangrendszernél is ismerünk ilyen újabb, alsó barlangot, de ez még annyira fejletlen, szűk, hogy a kutatások alkalmával csak igen kis részét sikerült nagy nehézségek árán hasonkúszva bejárni. De vannak a barlangrendszernek a mai főjáratnál még sokkal régibb szakaszai, ezek a főjárat szintjénél kb. 11 méterrel magasabban vannak. A „Paradicsom”, a „Denevérág” és a „Viasz-utca” maradványai ennek az ősi, magasabb barlangnak. Ott, ahol ez az ősi barlang nem pontosan a mai főág felett haladt, ott megmaradtak folyosói, mint pl. az előbb említettek. Ahol azonban a mostani főjárat felett vonultak, ott az aránylag vékony elválasztó kőzetréteg beszakadt és magas termek („Nagy templom”) vagy magas folyosók (Kistemplom-tól a Morea-hegy-ig) keletkeztek.
A barlangrendszer vizét a számos szivárgón kívül 13 felszíni víznyelőn keresztül kapja. A víznyelőktől mellékágak vezetik a vizet a barlang főgyűjtőpatakjához, a Styx-hez. A Styx vize végül 11 földalatti víznyelőn keresztül az alsó barlangba ömlik, majd a jósvafői forrásokban bukkan napfényre. Amikor a Jósvaforrás völgyének szintje még magasabban, a mai főjárat szintjében volt, természetesen ebben a magasságban folyt a barlangi patak végig az egész barlangon, de igen valószínű, hogy Jósvafőnél nem egy hatalmas barlangnyíláson keresztül ömlött ki, hanem az itteni alsótriász mészkő erős hasadozottságának megfelelően számos kisebb forrás alakjában jelent meg. Ezeket a kvarckaviccsal eltömött régi kiömlési helyeket még jól láthatjuk a jósvafői mesterséges bejárati táróban és az idáig vezető autóút bevágásában. Nagy árvizek idején még ma is forrás fakad egyik-másik magasabban fekvő hajdani vízkiömlés helyén.
A cseppkőképződés azokban a járatokban indult meg leghamarabb, amelyeket a vízfolyás legelőször elhagyott. Ezért találjuk a legsűrűbb és leghatalmasabb cseppkőképződményeket a magasabban fekvő járatokban, míg a legfiatalabb szakaszokban, az alsó barlangban még egyáltalán nincsen cseppkő.
Az aggteleki barlangrendszer alaprajza. 1. Jósvafői bejárat. 2. Vöröstői bejárat. 3. Aggteleki bejárat. 4. Kecsői bejárat. 5. Ördöglyuk. 6. Török Mecset oldalága. 7. Retekág.
A hulló esőcseppek először a levegőből, majd a mészkőhegyeket takaró humuszrétegből bizonyos mennyiségű széndioxidot nyelnek, ami a vizet a mészkő oldására képessé teszi. Ez a gyengén szénsavas víz a mészkő hajszálrepedéseiben meglehetősen nagy nyomás alatt áll és ezért aránylag sok meszet tud oldatban tartani. Amint a vízcsepp a barlang mennyezetén megjelenik, megszűnik a nyomás sőt a vízcsepp felületén bizonyos húzás (felületi feszültség) jelentkezik. Ennek következtében a széndioxid egy része elillan és a fölös mész lerakódik. Minden vízcseppből lerakódik ilyenformán egy parányi mészmennyiség, de az évezredek folyamán ez a lerakódás már hatalmas csappá (stalaktit) növekedik.
A talajon azután kiválik a lehulló vízcseppből a még benne levő maradék mészmennyiség; így keletkezik az alulról felfelé növekvő álló cseppkő vagy stalagmit. Ezek rendszerint tompán végződnek, míg a stalaktitok csúcsosak. Ha ilyen álló és függő cseppkő összetalálkozik, cseppkőoszlop a neve. A függő cseppkövek közepe rendszerint üres. A vízcseppnek ugyanis a külső felületén válik ki a mész, a cseppkövön végigvonuló üreg átmérője éppen akkora, mint egy vízcsepp. Ha ez az üreg valahogyan eldugul, akkor a víz a cseppkő felületén folyik le és ekkor kezdődik a csap vastagodása.
Ha a függő cseppkő bizonyos nagyságot, illetve súlyt elér, akkor leszakad a mennyezetről, ezért sokkal több a nagy állócseppkő, mint a stalaktit. Azonban az állócseppkövet is utolérheti végzete. Ha nem elég szilárd sziklás talajon keletkezett, hanem pl. agyagon, akkor előbb-utóbb elér olyan súlyt, hogy az agyag már nem bírja el a nagy nyomást és a stalagmit lassan elferdül (pl. a „Pizai ferde torony”) és végül eldől. Előfordulhat még az az érdekes eset is, hogy a patak vize egy cseppkőoszlop alól kimossa a talajt, de az oszlop a mennyezeten lógva marad. Rendkívül érdekes példa erre a „Függő oszlop”, amit sokáig nagy stalaktitnak gondoltak, de kitűnt, hogy ez valamikor cseppkőoszlop volt, amelyik alól a barlangfenék annyira mélyült, hogy az oszlop talpa ma két méter magasan lóg!
A barlang állatvilága sokkal gazdagabb, mint azt általában gondolnák. Igaz, hogy ezt a gazdag állatvilágot csak az veszi észre, aki a tudomány fegyvereivel keresi. Igen hálás munkaterület a barlang a biológus részére, aki az Élet számára olyan mostoha viszonyok mellett is fejlődő lényeket talál itt. Dudich Endre dr. egyedülálló alapossággal vizsgálta az Aggteleki barlang állatvilágát. Főleg az ő rendszeres kutatásának köszönhetjük, hogy ma már 262 állatfajt ismerünk ebben a barlangban. Nyugodtan állíthatjuk, hogy ilyen szempontból ez a barlang a világ legjobban átkutatott barlangja.
Az állatok legnagyobbrésze láthatatlan a laikus számára; csak néha látunk egy-egy denevért vagy lesoványodott békát. A többi alig néhány milliméteres nagyságú egysejtű, örvényféreg, gyűrűsféreg, ősrovar stb. Talán leginkább érdekli a közönséget a 25 mm-es nagyságot is elérő pokoli vakrák (niphargus aggtelekiensis dudich), amelyet néha kis víztócsákban és ezek partján az agyagban láthatunk. Ez egyike azon állatoknak, amelyeket csak az Aggteleki barlang-ból ismerünk.
Általában négy főcsoportra oszthatjuk a barlangban élő állatokat.
1. Barlangi vendégállatok (tychotroglobiontok). Ezek csak véletlenül kerülnek a barlangba, pl. beesnek, betévednek vagy a víz sodorja be őket. Ilyenek többek között a békák, erdei egér, gőte stb. Ha ezek idejében nem találnak vissza a napfényre, akkor a nekik meg nem felelő életkörülmények és élelemhiány miatt hamar elpusztulnak.
2. Barlangjárók (pseudotroglobiontok). Ezek olyan állatok, amelyek esetről-esetre önként keresik fel a barlangot, hogy ott nappali álmukat aludják, átteleljenek vagy a barlangi guanóban és gombák között táplálékot keressenek. Ezek a számukra már nem kedvezőtlen környezetben szaporodni is tudnak. Ide tartoznak a denevérek, a bejáratok közelében tartózkodó pókok, csupaszcsigák, az üvegcsiga, szúnyog stb.
3. Barlangkedvelők (hemitroglobiontok) azok, amelyek állandóan a barlangban élnek és ott is szaporodnak, de a barlangon kívül is megtalálhatók a barlanghoz hasonló életkörülmények között, hűvös, nedves, árnyas helyeken. Ilyenek a giliszták, számos ősrovar és rák, bogár, atka stb. Összesen 70 ilyen barlangkedvelő fajt ismerünk a barlangból.
4. Barlanglakók (eutroglobiontok). Ilyenek csak barlangokban élnek. Színük rendszerint fehér, áttetsző, szemük csökevényes vagy hiányzik, szaporodásukban nincsen szakaszosság. Ide tartozik a már említett vakrák és egy igen ritka bogár, (duválius hungaricus). Összesen 18 ilyen fajt ismerünk, ebből 10 csak az Aggteleki barlangban fordul elő. Ezek az állatok bizonyítják, hogy az élet még a legsanyarúbb körülmények között, napfény nélkül, örök sötétségben is diadalmaskodik.
A jégkorszak állatvilágát még a múlt században báró Nyáry Jenő, majd Tompa Ferenc dr., Kadic Ottokár dr. és Mottl Mária dr. ásatásai hozták több méter mély agyagkitöltésből felszínre. Természetesen főleg a legelterjedtebb diluviális barlanglakó, a barlangi medve (ursus spaeleus) csontjai kerültek elő, de megtalálták a barlangi oroszlán, hiéna és őstulok (bos primigenus) maradványait is. Újabban a kecsői barlangszakaszban több helyen sikerült a barlangi medvének a sziklafalba vésett karmolásnyomait is felfedezni.
A barlangi medve (ursus spaeleus) rekonstruált szobra.
Ősrégészet szempontjából a barlang valóságos kincsesbányának nevezhető, hiszen a barlang hatalmas, déli fekvésű nyílásai a történelemelőtti időkben valósággal csábíthatták az embert. Nemcsak a kőkorban, de a későbbi időkben is szívesen keresett az ember menedéket a barlangban, ott készítette primitív szerszámait, eszközeit. A tudományos szempontból felbecsülhetetlen értékű tárgyak nagyrésze elkallódott a barlangban, az évezredek folyamán gyakran többméteres agyag-, humusz vagy kőtörmelékréteg telepedett föléjük és megőrizte számunkra ezeket az ősi kultúramaradványokat.
Különösen az aggteleki szakasz gazdag ilyen leletekben. Itt megtaláljuk a fiatal kőkor (neolithicum), a bronzkor és a vaskor eszközeit, sőt a történelmi idők nyomaival is gyakran találkozunk. Miután azonban különösen a barlang belső szakaszaiban igen vékonyak, sőt teljesen elmosódottak az egyes korokat elválasztó rétegek, gyakran nem lehet egy-egy lelet korát teljes bizonyossággal meghatározni, hacsak az nem feltűnően jellemző egy-egy kultúrára. Éppen ezért annál értékesebb tudományos szempontból a barlang kecsői szakasza. Ennek a barlangnak az ősi bejárata ugyanis a fiatal kőkor végén beomlott és ezért a neolithicumnál fiatalabb leleteket ebben a szakaszban nem találunk. Az itteni leleteknek tehát bizonyos kormeghatározó jellegük van.
A legjellemzőbb leletek a fiatal kőkori díszített, rajzos agyagedénytöredékek. Ezek a páratlan művészettel díszített edények eddig csak az aggteleki barlangban és a Bükk hegység barlangjaiból kerültek elő hasonló tömegben és tökéletes kivitelben. Ezért a rájuk jellemző kultúrát bükki kultúrá-nak nevezik tudományos körükben. A díszítéseket a félig kiégetett edényekre hegyes vagy élben végződő csontszerszámokkal vésték. A töredékeket eddig tízezerszámra ásták ki, de teljes rajzos edény idáig csak három példányban került napvilágra. Ezek közül az egyiket a barlang egy teljesen eldugott fülkéjében vastag cseppkőréteg óvta meg évezredek folyamán.
Az edényeken kívül előkerültek a kőkori rétegből még csiszolt csont- és kőkések, kaparók, árak, csonttűk, csontszigonyok, kővésők, csontkapák, kézi őrlőkövek.
A bronzkort bronzfibulák, fémöntőkanalak, balták és dárdahegyek képviselik. A vaskorból harci felszereléseken, karkötőkön stb. kívül 15 dekás aranyleletre (karikák és sodronyok) bukkantak Tompa Ferenc ásatásai alkalmával.
Mint páratlan értékről meg kell emlékezni azokról a kőkori sziklarajzokról, amelyek a barlang kecsői szakaszában egy elrejtett, szűk folyosóban láthatók. A faszénnel készített rajzok hasonlítanak azokhoz a motívumokhoz, amelyek a bükki kultúrájú agyagedényeket díszítik. Lehetséges, hogy a kőkori művész a falra rajzolgatva tervezte itt a szebbnél-szebb mintákat.
Érdekesek még a barlang agyagjában sokhelyütt látható cölöplyukak, amelyek meghegyezett és az agyagba vert karók nyomai. Némelyikben még ma is alaktalan fekete tömeget, a kőkori cölöp maradványát lehet találni. Valószínű, hogy a barlanglakó fekhelyét nem a barlang hideg, nyirkos talaján készítette, hanem cölöpöket vert az agyagba, és az ezekre keresztbe fektetett ágakra és rőzsére, esetleg a még erre borított állatbőrökre feküdt.
Miután a barlangbejáratok előtt is igen nagy számban találhatók történelemelőtti kultúramaradványok, valószínű, hogy az ember csak a hideg téli időszakban húzódott a barlangba, egyébként a bejáratok előtt, a szabadban tanyázott.
A leletek egyrésze az aggteleki és a kecsői bejárat előtti turistaszállókban megtekinthető.