L' acqua che esce dalla vasca termale si dirige verso una scarpata: qui, tra rivoli d'acqua e concrezioni calcaree, possiamo scoprire quattro mulini medievali posti in sequenza e scavati nella roccia, un' opera di ingegneria idraulica molto complessa ed unica nel suo genere. E' questo il Parco dei Mulini, visitabile grazie ad un percorso che si snoda in un'isola di macchia mediterranea, dominata dai cespugli di lentisco e da piante caratteristiche dei luoghi salsi.
    I mulini di Bagno Vignoni hanno una importante peculiarità: funzionavano anche in estate, quando gli altri mulini della zona erano fermi a causa dei fiumi in secca, perché erano alimentati da una sorgente termale che sgorgava con una portata costante, ma obbligava a lavorare in ambienti caldi e umidi, dato che la temperatura dell' acqua alla sorgente è di circa 50 °C.
    I primi due mulini ad acqua, detti Mulino di Sopra e Mulino Buca, sono interamente sottoterra; gli altri due, il Mulino di Mezzo ed il Mulino da Piedi, sono in parte fuori terra (le stanze delle macine) ed in parte sottoterra (i locali delle ruote). Scavati nella roccia sono anche le condotte d'acqua, le vasche di accumulo e le strade di accesso.
    Non si conoscono notizie precise sulla loro costruzione. Si ritiene che sia stata opera dei signori feudali, forse degli stessi Tignosi, padroni della Rocca di Tentennano (oggi Rocca d' Orcia). I mulini restarono in attività fino alla metà degli anni '50; seguì il degrado, fino all'acquisizione nel 1999 da parte del Comune di San Quirico d'Orcia ed il loro recupero.