Το σπήλαιο «Διονύσου και Νυμφών» (γνωστό και ως «σπήλαιο του ιερού του Διονύσου») βρίσκεται ανατολικά του οικισμού Καλλιθέα, στην παράλια ζώνη του, και εντάσσεται στον ευρύτερο αρχαιολογικό χώρο του ιερού του Άμμωνα Δία. Εντοπίστηκε το 1971, κατά τη διάρκεια ανασκαφών που προηγήθηκαν της ανέγερσης παρακείμενου ξενοδοχείου. Ανοίγεται στη βάση απόκρημνου πρανούς. Πρόκειται για οριζόντιο σπήλαιο με διττό αίτιο γένεσης (φυσικό και τεχνητό-ανθρωπογενές). Αποτελείται από ένα τραβερτινικό επίμηκες, φυσικά διαμορφωμένο τμήμα, διεύθυνσης Α-Δ, και μια τεχνητή σήραγγα με διεύθυνση Β-Ν, πιθανόν υδρομαστευτικού χαρακτήρα. Οι κλάδοι του έχουν συνολικό μήκος 31μ. περίπου. Η σημερινή είσοδος του σπηλαίου είναι αψιδωτή και στενή, ενώ μια δεύτερη, που ήταν πιθανότατα και η κύρια, έχει πληρωθεί με φερτά υλικά. Στα σπηλαιοθέματά του κυριαρχούν οι παραπετασματοειδείς σταλακτίτες και τα κοράλλια. Πάνω από το σπήλαιο υπάρχει μικρό κοίλωμα-κόγχη, στην οποία οδηγεί κλίμακα λαξευμένη στο βράχο.

Το σπήλαιο-ιερό ταυτίστηκε με το μαρτυρούμενο στην αρχαία γραμματεία ιερό του Διονύσου από μια μαρμάρινη κεφαλή Διονύσου και ένα ενεπίγραφο όστρακο από κύλικα του 5ου αιώνα π.Χ. προσφορά στο ιερό, με την εγχάρακτη επιγραφή Δι]ΟΝΥΣΟ, που ανακαλύφθηκαν εκεί. Σύμφωνα με τα ανασκαφικά δεδομένα, το ιερό του Διονύσου και των Νυμφών, ιδρύθηκε από τους κατοίκους της αρχαίας Αφύτου, στο δεύτερο ήμισυ του 8ου αιώνα π.Χ. Ο Ξενοφώντας μας δίνει στα Ελληνικά (5.3.19) μια σύντομη περιγραφή του ιερού: κατά τη διάρκεια των επιχειρήσεων του Πελοποννησιακού πολέμου στη Χαλκιδική, ο σπαρτιάτης βασιλιάς Αγησίπολις ασθένησε αιφνιδιαστικά και υπέφερε από υψηλό πυρετό. Και «καθώς είχε πιο πριν δει το ιερό του Διονύσου στην Άφυτο, τον κατέλαβε πόθος για τον σκιερό τόπο και τα κρυστάλλινα, δροσερά νερά του».

Η Εφορεία Παλαιοανθρωπολογίας ? Σπηλαιολογίας Β. Ελλάδος πραγματοποίησε κατά το έτος 2004 ερευνητικές εργασίες και τοπογράφηση του σπηλαίου, ενώ το 2005 διενεργήθηκε γεωφυσική έρευνα σε συνεργασία με το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.