絕大部分的地下水來自於降水，當雨、雪等降到地面，一部分成為地表逕流，一部分蒸發掉了，剩下的部分則沿岩層空隙滲入地下。據估計在全球年降水量中，約77%在未注入河流前先流入地下。
降水滲入地下後，因重力作用而向下滲透。當水分下滲達到某一深度，遇到不透水的地層如黏土、頁岩等時，就貯存起來，逐漸往上充填於土壤或岩石的間隙中，形成飽和狀態（如右圖），其頂部即為地下水面。地下水面之上稱不飽和帶，其中土壤或岩石孔隙中並未充滿水分，還有空氣存在，這樣的水分又稱為懸浮水；相對的，地下水面之下的土壤或岩石孔隙是充滿水的，稱為飽和帶（如下圖）。
水分在土壤及岩層中下滲的快慢受地面坡度、植物被覆和土壤鬆密等因素的影響。在坡度大的地方，地面水容易流失而不易下滲；多草木的地面，根的深展能涵養更多水分；而地層中的地質材料愈細密，水的滲透就愈為緩慢。地下水有一定的深度限制，因地下壓力隨著深度增加而逐漸增大，到達相當深度後，岩石顆粒間之空隙減少且封閉不相連通，水就不易滲入了。
在全球總水量中，鹹水的海洋就佔了97%以上，偏遠而難以利用的兩極冰帽及冰川約佔2%，其餘不到1%才是人類可取用的水資源，而其中地下水的貯存總量居冠（如下表）。由於地面可用的水源有限，分布又不均，有的地區水資源豐富，有的地區貧乏，為了滿足日益增加的農業、工業用水及自來水的需求量，除了利用水庫調節之外，地下水就成為人類日常用水的重要來源之一。在許多乾旱地區，地下水是主要或甚至是唯一的水資源。
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