Grímsvötn eru í vestanverðum Vatnajökli og eru sú eldstöð sem virkust er á öllu landinu. Vitað er um a.m.k. 60 gos í Grímsvötnum og nágrenni síðustu 800 ár. Grímsvötn eru líka eitt af öflugustu jarðhitasvæðum jarðar og er sú orka sem þar losnar úr læðingi á hverjum tíma á við 4–5 Kárahnjúkavirkjanir. Úr Grímsvötnum koma Skeiðarárhlaup en þau eru orsök þess að ekki varð til akfær hringvegur um Ísland fyrr en 1974.
Grímsvatnasvæðið liggur undir nokkur hundruð metra þykkum jökulís. Við mælingar með íssjá og aðrar rannsóknir hefur komið í ljós að Grímsvatnaeldstöðin er um 15 km í þvermál og rís allt að 700–900 m yfir landið umhverfis sem liggur í 800–1000 m hæð. Grímsvötn eru í raun samsett askja sem skiptist í þrjá hluta: norðuröskju, suður- eða meginöskju, sem er stærst (um 20 ferkílómetrar) og austuröskju. Að meginöskjunni að sunnan liggur Grímsfjall.
Jarðhiti er mestur í meginöskjunni og í henni er stöðuvatn hulið 200–300 m þykkri íshellu. Ís skríður stöðugt að vatninu en bráðnun hans yfir jarðhitasvæðinu veldur því að vatn safnast fyrir og vatnsborð Grímsvatna hækkar. Þegar vatnsborðið hefur risið nægilega leitar vatnið austur úr Vötnunum, norðan Grímsfjalls, og undir Skeiðarárjökul áleiðis niður á Skeiðarársand. Vatnið kemur undan jökli í farvegi Skeiðarár. Þannig verða Skeiðarárhlaup sem oftast vaxa hægt í byrjun en svo hraðar þar til hámarki er náð. Síðan fellur rennslið snögglega og útrásin lokast.
Í kjölfar jökulhlaupanna verða oft eldgos í Grímsvötnum. Það gerist þegar vatnsþrýstingi léttir af eldstöðinni. Talsverð gosvirkni var í Vötnunum á 4. áratug síðustu aldar. Síðan var allt með ró og spekt allt til ársins 1996 ef frá er talið smágos sem varð 1983. Nýtt tímabil eldvirkni virðist nú standa yfir í Vatnajökli. Árið 1996 varð svokallað Gjálpargos norður af vötnunum og Grímsvatnagos urðu árin 1998, 2004 og aftur árið 2011.