Έχει μήκος 160 μέτρα και πλάτος 40 μέτρα. Η φυσική είσοδος του σπηλαίου είναι κατακόρυφη, διαστάσεων 40χ50 μέτρων και δημιουργήθηκε από την πτώση ενός τμήματος της οροφής.
Τεχνητή είσοδος με σκαλοπάτια και μακρύς υπόγειος διάδρομος επιτρέπει την επίσκεψη στο σπήλαιο. Η λίμνη βρίσκεται 20 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και το βάθος των μερών της κυμαίνεται από 10-30 μέτρα. Σταλακτίτες, με ηλικία 16.000-20.000 χρόνων και περίεργα σχήματα, στολίζουν το μεγαλύτερο τμήμα του σπηλαίου.Η υπόγεια λίμνη Μελισσάνη είναι ένα από τα αξιοθέατα που προσελκύουν μεγάλο αριθμό επισκεπτών.
Ανακαλύφθηκε από το σπηλαιολόγο Γιάννη Πετρόχειλο το 1951 ο οποίος την κατέταξε στην πρώιμη Ελληνιστική Εποχή. Κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου σεισμού αποκολλήθηκε και κατέρρευσε στο εσωτερικό της ένα μεγάλο κομμάτι της οροφής, με αποτέλεσμα να αποκαλυφθεί ένα απερίγραπτης ομορφιάς αξιοθέατο. Ο τρόπος που το φως πέφτει στα βράχια και το βυθό της λίμνης δίνει στο νερό αντανακλάσεις σε τόνους του πράσινου και του γαλάζιου.
Καθημερινά μεταφέρονται με βάρκες επισκέπτες σε διάφορα σημεία του σπηλαίου, όπου μπορεί κάποιος να θαυμάσει τους σταλακτίτες που κρέμονται από τα τοιχώματα. Ο επισκέπτης μπορεί να απολαύσει τη βόλτα με τη βάρκα μέσα στη λίμνη, ενώ οι βαρκάρηδες περιγράφουν το λιμνοσπήλαιο με τις ονομασίες που έχουν δώσει οι ντόπιοι στους σταλακτιτικούς σχηματισμούς. Στις 12 το μεσημέρι, που οι ακτίνες του ήλιου είναι κάθετες στην επιφάνεια του νερού, το θέαμα είναι μαγευτικό.
Στο κέντρο της λίμνης υπάρχει ένα νησάκι, πάνω στο οποίο βρέθηκαν ευρήματα, που πιστοποιούν τη λατρευτική λειτουργία του σπηλαίου καθώς, κατά την αρχαιότητα οι προϊστορικοί κάτοικοι λάτρευαν τον θεό Πάνα και την παρουσία γυναικείων μορφών, τις γνωστές Νύμφες. Για το λόγο αυτό το σπήλαιο της Μελισσάνης ονομάζεται και Σπήλαιο των Νυμφών.
Ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα αρχαιολογικά αντικείμενα που βρέθηκαν στη λίμνη, όπως το αρχαίο ιερό του Πάνα, δίσκος με τη μορφή του θεού, ειδώλιο από πηλό, καθώς και η μορφή μιας γυναίκας. Σύμφωνα με το μύθο η νύμφη Μελισσάνη αυτοκτόνησε στη λίμνη γιατί ο Πάνας δεν ανταποκρινόταν στον έρωτά της.
Έτσι, συνδέονται και τα δελφίνια με τα οποία έστελνε μηνύματα η νύμφη στον αγαπημένο της και τα οποία έχουν "πετρώσει" στα τοιχώματα της σπηλιάς.
