Il lungo percorso che ha portato alla nascita dell’attuale complesso non è stato semplice. Si pensi, infatti, che la presenza di falde artesiane di tipo termale era stata individuata già agli inizi degli anni 70 e in maniera del tutto casuale durante le perforazioni condotte dall’AGIP, storica compagnia petrolifera italiana. Ai tecnici che cercavano petrolio e gas naturale si presentò, invece, un bacino idrotermale artesiano dal quale sgorgava acqua ipertermale a una temperatura di ben 52 gradi.
La scoperta fece sì che alcuni imprenditori di Bibione, affermatasi già
come un’organizzata località balneare, finanziassero una campagna di studi e ricerche volta a scoprire le proprietà curative e terapeutiche di tali acque. Gli studi vennero coordinati dal dott. Valentino Moro, allora primario di Patologia clinica dell’Ospedale civile di Portogruaro (Venezia) e convinto studioso dei benefici delle acque termali nella cura di determinate patologie. 
L’area individuata nella zona di Terzo e Quarto Bacino era costituita da un
esteso strato argilloso situato a una profondità di circa 500 metri. Ma soprattutto, distava pochi chilometri dalla costa.
Portare direttamente sulla spiaggia i benefici della vera acqua termale, unendoli a quelli del mare e delle pinete circostanti, diventò la sfida, concretizzatasi con l’inaugurazione ufficiale di Bibione Thermae il 1° agosto del 1996.