存在於地面以下巖石或土體空隙中的水，是一種寶貴的天然資源。常見有泉水和井水。
地下水埋藏條件 巖石和土體空隙既是地下水的儲存場所，又是運移通道。空隙的大小、多少、連通性、充填程度及其分佈規律決定著地下水埋藏條件。根據成因可把空隙區分為孔隙、裂隙與溶隙三種，並可把巖層劃分為孔隙巖層(鬆散沉積物、砂巖等)、裂隙巖層（非可溶性的堅硬巖層）與可溶巖層（可溶性的堅硬巖石）。孔隙巖巖層中的空隙分佈比裂隙可溶巖層均勻，溶隙一般比孔隙、裂隙巖層中的空隙規模大。這三種空隙的大小分別以孔隙度、裂隙率與巖溶率表示，即某一體積巖石中孔隙、裂隙和溶隙體積與巖石總體積之比，以百分數表示。
巖石空隙中存在著各種形式的水，按其物理性質可分為氣態水、吸著水、薄膜水、毛細水、重力水和固態水。此外，還有存在於礦物晶體內部及其間的沸石水、結晶水與結構水。水文地質學所研究的主要對象是飽和帶的重力水，即在重力作用支配下運動的地下水。
巖石的水理性質 指巖石與地下水相互作用時所表現出的物理性質，主要包括巖石的持水性，容水性，給水性與透水性等。巖石的水理性質是對巖石進行水文地質評價的重要依據。它們的評價指標分別為巖石的持水度（在重力作用下巖石仍能保持的水體積與巖石體積之比）、容水度（巖石所能容納的最大水體積與溶水巖石體積之比）、給水度及滲透系數（見水文地質參數）。
含水層和隔水層 根據飽水帶巖層給出與透過水的能力劃分。含水層是地下水在其中儲存、滲透並能給出相當數量水的巖層。相反，隔水層是不能給出和不能透過水的巖層，或者僅能給出與透過數量極少的水。在水文地質實際工作中，通常是把某一地層單元內飽含重力水的透水巖層，或由其構成統一水動力體系的幾個地層，稱為含水層系或含水巖組。有些文獻還劃分出透水層，它是隻透過重力水而不飽含重力水的巖層。含水層與隔水層的概念是相對的，因為自然界沒有絕對不含水的巖層，也沒有絕對的隔水層，而且在一定條件下，含水層和隔水層還可以相互轉化。
地下水形成條件 指參與現代水循環的地下水補給、徑流、排泄條件而言，不涉及討論地下水首次形成的地下水起源問題。
地下水補給 含水層中的地下水自外界獲得水量補充的作用稱為補給。地下水的主要補給來源有大氣降水，地表水，凝結水，灌溉回歸水，以及來自其他含水層中的水和人工補給的水。大氣降水是地下水最普遍和最主要的補給來源。降水量的大小對一個地區的地下水補給量起控制作用。降水性質、包氣帶巖石的透水性與厚度、地形、植被等因素，都影響大氣降水對含水層的補給強度。當在含水層之上沒有穩定隔水層覆蓋而且降水量豐富時，這種補給具有重要意義。河流、湖泊、水庫、海洋等地表水體均可補給地下水，隻要其底床和邊岸巖石為相對透水巖層，便與其下部含水層中地下水發生水力聯系，當地表水體水位高於邊岸地下水時便會補給地下水。在農田灌溉地區，由於渠道滲漏及田間地面灌溉回歸水下滲，使淺層地下水獲得大量補給。相鄰含水層可在水位差的作用下產生層間補給。近年來，地下水人工補給（回灌）已成為增加地下水資源補給量的重要手段。
地下水徑流 地下水由補給區流向排泄區的過程稱為徑流，是連接補給與排泄兩個作用的中間環節。徑流的強弱影響著含水層中水量與水質。徑流強度可用地下水的平均滲透速度衡量。含水層透水性好，地形高差大、切割強烈、大氣降水補給量豐沛地區的地下徑流強度大。同一含水層的不同部位徑流強度也有差異。
地下水排泄 含水層排出地下水的作用稱為排泄。地下水的主要排泄方式，包括以泉的形式排泄、向地表水體排泄、蒸發排泄、人工排泄及向另一含水層排泄等。①泉是地下水的天然露頭，是地下水循環過程中的一種重要排泄方式。②地下水也可排泄到河流等地表水體中去。地下水位與河水水位相差越大，含水層透水性越好，河床切割的含水層面積越大，則排泄量也越大。地表水與地下水之間的補排關系復雜，有轉化交替現象，主要取決於區域氣候、地質構造條件及水文網發育情況。③地下水的蒸發排泄包括土壤表面蒸發和植物葉面蒸騰兩種方式。這種排泄不但消耗水量，而且往往造成水的濃縮，導致地下水礦化的增高，水化學類型改變及土壤鹽堿化。④地下水的人工排泄是指采用集水構築物（井、鉆孔、渠道等）開采或排泄含水層中的地下水。
地下水動態與均衡 在各種天然和人為因素影響下，地下水的水位、水量、流速、水溫、水質等隨時間變化的現象，稱為地下水動態。研究地下水動態是為瞭預測地下水的變化規律，以便采取相應的水文地質措施，並有助於查明含水層的補給和排泄關系，含水層之間及其與地表水體的水力聯系，以瞭解地下水的資源狀況。地下水量均衡是指地下水的補給量與排泄量之間的相互關系，主要研究潛水的水量均衡。而地下水化學成分的增加量與減少量之間的相互關系，則稱為地下水的鹽均衡。
地下水化學性質 地下水溶有各種不同的離子、分子、化合物以及氣體，是一種成分復雜的水溶液。氯化物和堿金屬、堿土金屬的硫酸鹽和碳酸鹽屬於最易溶解的化合物，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-離子等成為地下水中的主要組分。它們的不同組合決定瞭地下水的化學類型。此外，還有某些數量較少的次要組分，它們在地殼中分佈不廣，或者分佈量廣但其溶解性能很低。如NO3-、NO3-、NH4-、Br-、I-、F-、Li+、Sr2+等；還包括以膠體狀態存在於水中的物質，如Fe、Al、SiO2和有機化合物以及氣體物質。地下水中主要氣體成分是 N2、O2、CO2、CH4、H2S，有時還有放射性起源的氣體(如 Rn)及惰性氣體（He、Ar等）。根據這些氣體成分可判明地下水賦存的水文地球化學環境。地下水中含量甚微的稀有組分是各種金屬元素──Pt、Co、Ni、Cu、In、Sn、Mo以及分散在地殼中的其他元素。研究這些元素的含量變化，對給排水工程是有意義的，水中某些微量元素的存在影響人體健康（見水體污染）。
地下水中的有機物質種類很多，包括生物排泄和生物殘骸分解產生的有機質，也有構成水生生物機體的有機質。有機質可能是隨廢水進入地下水的各種廢棄物分解的產物，它們是各種細菌繁殖的良好媒介。
地下水的同位素成分，包括水的同位素和水中元素的同位素兩種。研究地下水的氫、氧同位素對判明地下水的形成、運動等問題有重要意義。
地下水分類 通常是指地下水按埋藏條件的分類，也有按地下水的某一種特征(如運動特征、化學特征等)或地下水的形成條件（成因）進行分類的。比較通用的地下水分類：一是按其埋藏條件劃分為上層滯水、潛水和承壓水三類，另一是按其賦存的介質空隙類型劃分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三種(見表)。
地下水分類表
上層滯水是聚集在包氣帶中局部隔水層上面具有自由水面的水，而潛水則是飽水帶中第一個穩定隔水層以上具有自由水面的水。兩者的區別是：前者分佈范圍常常有限，而且不能終年保持有水；後者分佈范圍廣，常年存在。承壓水是充滿在兩個隔水層之間的含水層中的水，具有承壓性質，水量比較穩定。由於承壓水在一定條件下能自流溢出地面，故也稱自流水。孔隙水是指埋藏在松散沉積物及膠結程度不好的基巖孔隙中的水，分佈較均勻；裂隙水埋藏在裂隙發育的巖層中（未被水充滿的層間裂隙水屬潛水類型），分佈不均勻；巖溶水則是埋藏在可溶巖石溶洞中的水，其分佈一般很不均勻。
參考書目
陳雨孫：《單井水力學》，中國建築工業出版社，北京，1977。