Το βαραθρώδες λιμνοσπήλαιο Μελισσάνη βρίσκεται στην νοτιανατολική πλαγιά του λόφου Φρύδι, κοντά στον οικισμό Καραβόμυλο, 2 χιλιομέτρα ΒΔ της Σάμης. Αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά σπήλαια στον Ελληνικό χώρο καθώς παρουσιάζει ιδιαίτερο γεωλογικό, βιολογικό (ή καλύτερα οικολογικό), αρχαιολογικό, αισθητικό και μυθολογικό ενδιαφέρον. Αποτελεί τμήμα του ευρύτερου καρστικού δικτύου της περιοχής της Σάμης.Το προσωνύμιο «Μελισσάνη» προκύπτει είτε από τη νύμφη «Μελισσάνθη» που αυτοκτόνησε πέφτοντας στα νερά του σπηλαίου, μετά την απόρριψη του έρωτά της από το θεό Πάνα, είτε από τη λαϊκή παράδοση και θέλει τη βοσκοπούλα Μελισσάνθη να πέφτει κατά λάθος στο εσωτερικό του σπηλαίου, ψάχνοντας το χαμένο πρόβατό της, είτε λιγότερο πιθανά από την ομηρική Οδύσσεια όπου το σπήλαιο αναφέρεται ως κατοικία των Μελισσών (ανθρώπινων ψυχών) και στη θέα του, μετά από υπόδειξη της θεάς Αθηνάς, ο Οδυσσέας αναγνώρισε την πατρίδα του. Η λατρευτική χρήση του σπηλαίου κατά την αρχαιότητα, έχει πιστοποιηθεί από ανασκαφές στο μικρό νησάκι στο κέντρο της λίμνης όπου βρέθηκαν ευρήματα του 4ου και 3ου αι. π.Χ., που πιστοποιούν ότι οι κάτοικοι της περιοχής λάτρευαν τον τραγόμορφο θεό Πάνα και τις Νύμφες (το σπήλαιο ονομάζεται και Σπήλαιο των Νυμφών). Tο θολωτό σχήμα, ο δυσπρόσιτος χαρακτήρας και η παρουσία του υδάτινου στοιχείου, σε συνδυασμό με τη βλάστηση καθώς και οι σύνθετες γεωμετρικές επιφάνειες που σχηματίζουν οι σταλακτίτες, έκαναν το σπήλαιο ιδανικό ως λατρευτικό χώρο.
Γεωποικιλότητα
Πρόκειται για μία σπηλαιοδολίνη που αναπτύσσεται με διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ σε λεπτοπλακώδεις έως μέσοπλακώδεις ασβεστόλιθους του Αν. Κρητιδικού (100,5-66 My) της Προ-Απούλιας ζώνης και η μορφή της καθορίζεται από το κυρίαρχο σύστημα διακλάσεων στην περιοχή. Η σημερινή βαραθρώδης μορφή οφείλεται σε αποκόλληση και κατάπτωση μεγάλου τμήματος της οροφής μετά τους σεισμούς του 1953 και αποτελεί την φυσική κατακόρυφη είσοδο του σπηλαίου με ωοειδή μορφή διαστάσεων 15x25 μ. (Εικόνα 1&2).
Στο εσωτερικό του σπηλαίου, 20 μ. κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και κάτω από το φυσικό του άνοιγμα, υπάρχει ακάλυπτη λίμνη διαστάσεων 60x40 μ, το βάθος της οποίας κυμαίνεται από 10 έως 35 μ. Το συνολικό μήκος του αξιοποιημένου τμήματος του σπηλαίου είναι 160 μ. Όλη σχεδόν η έκταση του σπηλαίου είναι καλυμμένη με νερό με εξαίρεση μια νησίδα μήκους 30 μέτρων, που δημιουργήθηκε από κώνο κορημάτων (θολοσωρός) που προήλθαν από την κατακρήμνιση της οροφής (Εικόνα 3). Η νησίδα αυτή χωρίζει το σπήλαιο σε δύο τμήματα και ξεκινά λίγο πριν από την είσοδο του σπηλαιώδους τμήματος του σπηλαίου με ύψος οροφής 18 μ. Ένα στενό πέρασμα παράλληλα στη νησίδα συνδέει την πρώτη με μια δεύτερη λίμνη που αποτελεί το δεύτερο τμήμα του σπηλαίου (Εικόνα 4).
Τα πλευρικά τοιχώματα του σπηλαίου στολίζουν υπέροχοι σταλακτίτες οι οποίοι έχουν ανώμαλη ανάπτυξη, φαινόμενο που οφείλεται στα ρεύματα αέρα που αναπτύσσονται στο εσωτερικό του σπηλαίου σε συνδυασμό με τη μετακίνηση των ασβεστολιθικών τεμαχών (Εικόνα 5). Οι σταλακτίτες έχουν ηλικία από 16.400+/- 300 έτη έως 20.400+/-500έτη.
Υποβρύχιες έρευνες έδειξαν ότι στο νότιο άκρο του, το σπήλαιο συνεχίζεται ως σιφόνι μήκους 240 μ, και στα 180 πρώτα μ. υπάρχουν δύο θάλαμοι με αέρα οι οποίοι έχουν ύψος έκθεσης 1 μ. και μήκος από 27 έως 33 μ. Στο τμήμα αυτό του σπηλαίου υπάρχουν λίγοι σταλακτίτες. Μετά τα πρώτα 180 μ., η οροφή προοδευτικά χαμηλώνει και στα 200 μ. από την είσοδο του σιφωνιού δεν μένει πια παρά ένας μικρός και στενός διάδρομος διαστάσεων 6x3 μ. Το σιφώνι έχει πολλούς σταλακτίτες και καταλήγει σε μια σχισμή απροσπέλαστη λόγω κατολισθήσεων. Παρόλα αυτά υπάρχουν ενδείξεις ότι το σπήλαιο επικοινωνεί με το υπόλοιπο καρστικό δίκτυο της περιοχής. Επιπλέον κάτω από την τεχνητή είσοδο, στο σημείο όπου οι επισκέπτες επιβιβάζονται στις βάρκες στα -20 μ. περίπου, ξεκινάει ένα δεύτερο σιφώνι πολύ μικρότερων διαστάσεων. Είναι μια μικρή γαλαρία διαστάσεων 1,50x0,80 μ η οποία έχει κλειστεί πιθανόν από κατακρημνίσεις. Το νερό της λίμνης αποτελείται από γλυκό και θαλασσινό νερό σε αναλογία 5:1 (Εικόνα 6). Η προσέγγιση των επισκεπτών στο εσωτερικό γίνεται μέσω τεχνητής κατηφορικής σήραγγας μήκους 70 μέτρων που καταλήγει σε μικρή προβλήτα, από όπου με βάρκες γίνεται η περιήγηση στο επισκέψιμο τμήμα του σπηλαίου.
Βιοποικιλότητα
Η βλάστηση γύρω από το σπήλαιο της Μελισσάνης είναι η τυπική μεσογειακή μακκία, με αείφυλλους πλατύφυλλους θαμνώνες, οι οποίοι, όπου απαντώνται στην Κεφαλονιά, αποτελούν ένα εξαιρετικό τοπίο υψηλής φυσικής ομορφιάς. Χαρακτηριστικά είδη, το πουρνάρι (Quercus coccifera), ο σχίνος (Pistacia lentiscus), η χαρουπιά (Ceratonia siliqua) και πολλά άλλα. Την άνοιξη απαντώνται ορχιδέες, όπως η Serapia sbergonii. Οι υγρές και σκιερές συνθήκες του λιμνοσπηλαίου ευνοούν την ανάπτυξη πτεριδόφυτων στα κάθετα βράχια, όπως το Polypodium cambricum. Αναφορικά με την πανίδα του λιμνοσπηλαίου, ο επισκέπτης θα εντοπίσει εύκολατα αγριοπερίστερα (Columba livia) που φωλιάζουν στα πλαϊνά του σπηλαίου και απαντώνται επίσης στο νησάκι που έχει σχηματιστεί εντός της λίμνης ή ακόμη μπορεί να έχει την τύχη να συναντήσει κάποιον σπάνιο επισκέπτη, όπως τον Ήταυρο (Botaurus stellaris), ένα Κινδυνεύον πουλί για την Ελλάδα. Επίσης, οι παρατηρητικοί θα εντοπίσουν στο νερό χέλια (Anguilla anguilla), τα οποία διαβιούν στο πλούσιο δίκτυο υπόγειων εσωτερικών υδάτων του νησιού και παρατηρούνται σε θέσεις όπου το νερό εξέρχεται στην επιφάνεια, όπως εδώ στη Μελισσάνη, στον Καραβόμυλο ή και αλλού. Το συγκεκριμένο είδος χελιού αξιολογείται παγκοσμίως ως Κρισίμως Κινδυνεύον (CR), σύμφωνα με την IUCN.