地下水是地球水资源极为重要的构成部分。地下水具有水质好及水量稳定等优点，是农业灌溉、工矿和城市供水的一种重要水源。然而，特定条件下，地下水及其变化会引发沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利的自然现象。

地下水埋藏示意图

岩土体中的空隙既是地下水的储存场所，又是其运移的通道。空隙的多少、大小、连通性、充填程度与分布情况等决定着地下水埋藏条件与迁移特征。根据成因，空隙可分为孔隙、裂隙与溶隙，对应的岩土层为孔隙岩层（松散沉积物、砂岩等）、裂隙岩层（非可溶性的坚硬岩层）与可溶岩层（可溶性的坚硬岩层）。孔隙岩层中的空隙分布往往比裂隙和溶隙均匀，溶隙一般比孔隙、裂隙尺寸大。空隙的多少分别以孔隙度、裂隙率与溶隙率表示，即岩土体中孔隙、裂隙和溶隙体积与包括空隙在内的岩石总体积之比，以百分数表示。

岩土层空隙中地下水的存在形式是多种多样的，根据物理性质差异可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水等。除此之外，还有存在于矿物晶体内部及其间的结晶水、结构水与沸石水。水文地质学主要研究对象是饱和带的重力水，即可在重力作用支配下运动的地下水。

根据含水层埋藏条件的不同，地下水可分为上层滞水、潜水和承压水。①上层滞水，包气带中存在的局部弱透水层透镜体，截流并积聚下渗的地下水所形成的水体。上层滞水可以通过大气降水、地表水、凝结水、人类活动等途径获得补给，并通过包气带向地表（或向其下覆含水层），或人类活动途径发生排泄。②潜水，是埋藏于地表以下、第一个稳定隔水层之上的含水层中的地下水。与包气带直接连通,和大气圈、地表水圈联系密切,积极参与水循环。③承压水，又称自流水，是埋藏较深的、充满于两个稳定的隔水层之间的含水层中的地下水。承压水往往承受静水压力。当承压含水层的承压水位高出地表时，揭穿承压含水层顶板的井或钻孔中会形成自流水。

根据含水层介质性质的差异，地下水可划分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。①孔隙水，赋存在松散孔隙介质中的地下水。常常是工农业和生活用水的重要供水水源。②裂隙水，存在于坚硬岩石裂隙中的地下水。往往是丘陵、山区重要的供水水源。③岩溶水，可溶性岩石介质溶隙中的地下水，其最明显特点是空间分布上的极不均匀。

指参与现代水循环的地下水补给、径流、排泄条件。

地下水的补给就是含水层从外界获得水量的补充作用。其主要来源包括大气降水、地表水径流、凝结水、来自其他含水层以及人工补给的水等。其中，大气降水是最为常见以及最为重要的补给方式。降水量的大小对一个地区的地下水补给量起着控制性作用，且补给强度还受到降水性质、包气带岩石的透水性与厚度、地形、植被等众多因素的影响。若含水层之上未存在隔水层，则大气降水的降水量常常具有十分重要的意义。对于如湖泊、河流、海洋等地表水体的补给而言，若地表水体的底部或者边岸为透水层、且当地表水位高于地下水水位时，地表水将会补给地下水。在农田灌溉地区，常由于渠道渗漏及田间地面灌溉回归水下渗，也会使得浅层地下水获得大量补给。另外，相邻含水层之间存在水位差时，可产生层间补给；特殊情况下，地下水人工补给（回灌）可作为增加地下水资源补给量的一种重要手段。

地下水由补给区流向排泄区的过程称为径流，是连接补给与排泄两个作用的中间环节。径流作用的强弱直接影响着含水层中水量与水质。径流强度可用地下水的平均渗透速度来表征。地下径流强度受含水层的透水性好坏、地形高差、大气降水补给量丰沛程度及切割强烈程度等影响。同一含水层的不同部位径流强度也有差异。

地下水从含水层中排出的过程称为排泄。地下水排泄主要包括泉水排泄、向地表水体排泄、蒸发排泄、人工排泄及向另一含水层排泄等：①泉水排泄。泉是地下水的天然露头，是地下水循环过程中的一种重要排泄方式。②向地表水体排泄。地下水水位高于地表水水位时，地下水可排泄到河流等地表水体中去。地下水位与河水水位相差越大，含水层透水性越好，河床切割的含水层面积越大，则排泄量也越大。③蒸发排泄。包括土壤表面蒸发和植物叶面蒸腾两种方式。这种排泄引起含水层水量流失，并伴随地下水化学成分的浓缩，矿化度增高，甚至可能造成土壤盐碱化等危害。④人工排泄。指采用集水构筑物（井、钻孔、渠道等）人工开采或排泄含水层中的地下水。

由于受到天然和人为因素等影响，地下水水位、水量、流速、水温和水质等要素发生随时间变化而变化的现象，称为地下水动态。开展地下水动态研究是为了查明含水层之间及其与地表水体的水力联系，含水层之间的补给和排泄关系，预测地下水的变化规律，了解地下水资源状况，以便采取相应的水文地质措施。地下水量均衡指地下水的收入（补给）量与支出（排泄）量之间的相互关系，主要研究地下水的水量均衡；地下水化学成分的增加量与减少量之间的相互关系，则称为地下水的盐均衡。

地下水含有不同的离子、分子、化合物以及气体，是一种成分复杂的水溶液。氯化物和碱金属、碱土金属的硫酸盐和碳酸盐属于最易溶解的化合物，钠离子（Na⁺）、钾离子（K⁺）、钙离子（Ca²⁺）、镁离子（Mg²⁺）、氯离子（Cl^-）、硫酸根离子（SO₄^2-）和碳酸氢根离子（HCO₃^-）等常构成地下水的主要组分。其不同组合决定了地下水的化学类型。同时，地下水含有某些数量较少、在地壳中分布不广或者分布量广但溶解性能低的次要组分，它们在地壳中分布不广，或者分布量广但其溶解性能很低。如硝酸根离子（NO₃^-）、铵根离子（NH₄⁺）、溴离子（Br^-）、碘离子（I^-）、氟离子（F^-）、锂离子（Li⁺）、锶离子（Sr²⁺）等。此外，地下水还含有以胶体状态存在的部分物质，如铁（Fe）、铝（Al）、氧化锶（SrO₂）和有机化合物等。地下水中存在的气体主要是氮气（N₂）、氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、硫化氢（H₂S）等，有时还含有放射性气体，如氡气（Rn）及惰性气体氦气（He）、氩气（Ar）等。开展地下水气体成分分析，有助于判明地下水赋存的水文地球化学环境。同时，地下水中还含有一些含量甚微的稀有组分，包括各种金属元素，如铂（Pt）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、铟（In）、锡（Sn）、钼（Mo），以及分散在地壳中的其他元素。研究这些元素的含量变化，对于给排水等地下水资源的开发利用具有实际意义，水中某些微量元素的存在影响人体健康。

地下水中的有机物质种类很多，包括生物排泄和生物残骸分解产生的有机质，以及构成水生生物机体的有机质。地下水中的有机质可能是各种废弃物分解的产物，是各种细菌繁殖的良好媒介。

地下水中的同位素成分，包括水的同位素和水中元素的同位素。研究地下水的氢、氧同位素，对于判明地下水的形成、分布与迁移等问题具有重要意义。