Στη λίμνη της Μελισσάνης και στην παραλία του Καραβόμυλου καταλήγει ένα από τα πιο αξιοσημείωτα γεωλογικά φαινόμενα της Κεφαλονιάς. Το θαλασσινό νερό που γκρεμίζεται συνεχώς σε υπόγεια χάσματα στην περιοχή Καταβόθρες του Αργοστολίου, αφού διασχίσει το νησί με κατεύθυνση από δύση προς ανατολή, επανεμφανίζεται υφάλμυρο πια στη Λίμνη της Μελισσάνης από όπου ακολουθώντας μια άλλη - υπόγεια πάντα - διαδρομή, καταλήγει στη Λίμνη του Καραβόμυλου και στη θάλασσα της Σάμης. Η διαδρομή του νερού από τις Καταβόθρες ως τη Σάμη διαρκεί 14 ημέρες, όπως έδειξε έρευνα που πραγματοποιήθηκε το 1963 με τη ρίψη φθορίζουσας ουσίας στη είσοδο.
Το λιμναίο σπήλαιο της Μελισσάνης έχει μήκος 3,5 χλμ, 40 μ. πλάτος και 36 μ. ύψος. Ένα μέρος της οροφής έχει καταρρεύσει και το θέαμα από την ανταύγεια του ήλιου, ιδίως τις μεσημεριανές ώρες, είναι φαντασμαγορικό καθώς οι ακτίνες του ήλιου φωτίζουν τα τοιχώματα του σπηλαίου και χαρίζουν απίστευτους χρωματισμούς στα νερά της λίμνης. Το λιμνοσπήλαιο φιλοξενεί σταλακτίτες και σταλαγμίτες 20.000 ετών και η ξενάγηση γίνεται με βάρκες. Στο νησάκι της λίμνης ο αρχαιολόγος Μαρινάτος ανακάλυψε ιερό του Πάνα, που τα λιγοστά αλλά σημαντικά ευρήματά του φυλάσσονται στο Αρχαιολογικό Μουσείο Αργοστολίου.
