Prolom Banja se nalazi na krajnjem jugoistoku opštine Kuršumlija, u nekadašnjem vulkanskom planinskom kraju, na južnim padinama planine Sokolovice, na 598 m nadmorske visine. Smeštena je u Prolombanjskoj kotlini, između planina Sokolovice (1050 m) na severu, Arbanaške (1109 m) na severoistoku, Radana (1409 m) na istoku, Prolomske planine (1104 m) na jugu i Mejanske planine (943 m) na jugozapadu. Od opštine Kuršumlija udaljena je 23 km. Prolom Banja je asfaltnim putem do Rudara, u dužini od 11 km povezana sa magistralnim putem Niš – Priština i železničkom prugom Niš – Kuršumlija – Kosovo Polje – Peć. Do banje se dolazi direktnim autobuskim linijama iz Kuršumlije, Prokuplja (59 km), Niša (90 km), Kruševca (98 km), Aleksinca (121 km), Beograda (290 km preko Kruševca, 322 km preko Niša) i Novog Sada (368 km).
Na osnovu arheoloških istraživanja se predpostavlja da su lekovite vode Prolom Banje korišćene neprekidno od praistorije do mlađeg turskog doba , kada su sve banje u Srbiji zapustele. Posle Prvog svetskog rata počinje lokalno korišćenje toplih izvora na privatnom posedu Ćurčić, a od 1956. Godine širi se glas o čudotvornom izlečenju pojedinih banjskih gostiju. Od 1961. Godine zemljište sa toplim izvorima postal je vlasništvo preuzeća “Planinka” iz Kuršumlije I to je omogućilo vrlo intenzivan razvoj banje i širenje banjskog naselja.
Klima
Usled nadmorske visine i okruženosti planinama srednje visine (1000-1400 m), u Prolom Banji je umereno kontinentalna klima sa osobinama subalpske. Leta su umereno topla, sa manje padavina, puno vedrine i prijatno svežim noćima. Zime su duge, hladne , sa dosta snega.
Vodotoci
Na području Prolom Banje i njene okoline dominiraju brojni izvori, potoci i reke koje pripadaju slivu reka Kosanice i Toplice. Glavni vodotok je Prolomska reka, koja postaje od više izvora i potoka na Radan planini, a uliva se kod Rudara u Kosanicu. Na dužini od 23 km je čista i nezagađena, pogodna za vodosnabdevanje, rekreaciju i ribolov.
Termomineralne vode
U Prolom Banji postoje dva razbijena izvorišta tople vode, međusobno udaljena oko 950 m. Istočno ili glavno izvorište je u centru banjskog naselja i čine ga šest bušotina čija je izdašnost 4,5 l/s vode a temperatura od 30 do 33,8 °C. Zapadno izvorište ili “Pupavci” je u dolini dubokog potoka , u zaseoku Vukovići, u ataru sela Veliko Pupavce, a predstavlja ga bušotina B-5 čija je izdašnost oko 6,5 l/s vode, a temperature 30,5 °C. Termalna voda iz bušotine B-5 cevima i specijalnim pumpama se sprovodi do rezervoara u centru Banje, odakle se koristi u razne svrhe (za kupanje u sobama, za razne banjske postupke u kupatilima, za punjenje rekreaciono-rehabilitacionog bazena, dogrevanjem za zagrevanje hotelskih objekata, za piće i dr.).To su azotne, srednje alkaline, nisko mineralizovane, natrijum hidrokarbonatne, silicijumske hipoterme. Lekovite vode prolom Banje pripadaju vrlo retkim vodama visokih balneoloških vrednosti, koje pružaju mogućnosti za veoma široke indikacije.