La reserva natural subterránea (RNS) Fuente Deshondonada ocupa una superficie de 5,1 km², dentro del Parque Natural Fuentes Carrionas y Fuente Cobre – Montaña Palentina. La RNS se localiza en la Montaña Palentina en el denominado Valle Estrecho, al norte de la provincia de Palencia y entre los municipios de San Martín de los Herreros y Rebanal de las Llantas. Esta reserva si situa dentro de los límites de la masa de agua subterránea ES020MSBT000400003 Fuentes Carrionas – La Pernía, en la Demarcación Hidrográfica del Duero.
El manantial Fuente Deshondonada, que da nombre a la RNS, se localiza a 1.117 m.s.n.m. y es el nacimiento del río Rivera, afluente del Pisuerga. El nombre del manantial se debe a la creencia popular de que la cavidad de la que surge no tenía fondo. Esta surgencia constituye el punto de descarga principal del acuífero kárstico que forman las calizas del Carbonífero. Su límite inferior está constituido por materiales lutíticos de baja permeabilidad del Carbonífero inferior.
La recarga del acuífero se realiza por infiltración directa del agua de lluvia y deshielo sobre los materiales carbonatados, así como por la escorrentía procedente de los relieves adyacentes. El modelado kárstico junto con la presencia de numerosas fracturas, ha propiciado la formación de un sistema de galerías en el seno del acuífero, favoreciendo la circulación del flujo subterráneo hasta su descarga en la surgencia de Fuente Deshondonada. El caudal promedio anual de este manantial es de unos 500 l/s. Las variaciones de caudal están condicionadas por el funcionamiento kárstico del acuífero, por la precipitación según el año hidrológico sea húmedo, promedio o seco, y por la estacionalidad de la recarga del acuífero (estiaje o invierno).
La descarga del acuífero se produce a través de los ríos y arroyos que atraviesan las formaciones carbonatadas, así como por los drenajes difusos que se localizan en el contacto de las calizas con formaciones de menor permeabilidad, dando lugar al nacimiento del río Rivera. El cauce de dicho río transcurre por un entorno de alto valor paisajístico, en el que destaca la presencia de especies como chopos, sauces, fresnos y avellanos, que dan cobijo a pinzones, currucas mosquiteras, chochines y ruiseñores.