Pour attirer une clientèle extérieure, la Société civile immobilière de l'hôtel Santana charge les architectes Jacques Evellin, François-Xavier Evellin et Gilles Dalido de construire un hôtel-restaurant deux étoiles comprenant 81 chambres. Le Grand Hôtel des Bains, occupé par l'école d'apprentissage de la SNCF, ne peut en effet retrouver sa vocation première. Parallèlement, la municipalité s'engage dans la construction d'un centre thermal. Elle est confiée aux mêmes architectes qui livrent l'édifice en 1978. Sa gestion est attribuée à la Société thermale, groupe dont Yves Gignoux, par ailleurs exploitant du Casino des Sources, est le directeur. La buvette du nouveau centre thermal est alimentée par les sources Carnot et Lithium. Les bassins le sont en revanche uniquement par la source Carnot dont le débit est le plus important (84 000 litres par jour). Quelques années plus tard, devant le nombre réduit de curistes, la Société thermale abandonne l'exploitation de l'établissement et le groupe Thermalium, en charge de l'établissement thermal de Luxeuil-les-Bains, reprend la gestion du site en 1989. La fréquentation double les premières années, mais reste globalement modeste : elle passe de 125 curistes en 1989 à 220 curistes en 1991. Les efforts de relance sont contrariés par la dissociation, au moment de la reprise, de l'hôtel (qui devient une maison de retraite) et du centre thermal, dont l'activité est finalement interrompue en 1995. La même année, les eaux de Santenay, après analyse par la Direction des affaires sociales de Côte-d'Or, sont jugées inadéquates et les activités balnéaires sont suspendues. Le centre thermal est démoli en 2017-2018.