Podczas, gdy strumienie, rzeki i jeziora dostarczają widocznych śladów wody na świecie, dużo wody ziemskiej jest przechowywany pod ziemią, gdzie ludzie nie mogą jej zobaczyć. Ten zbiór wód podziemnych nazywa się gruntowymi. Woda gruntowa zbiera się w warstwach wodonośnych pod ziemią, w warstwach gdzie woda nasyca wszystkich przestrzenie pomiędzy glebą, skałą i ziarenkami piasku.
W obszarach z dużą ilością dostępnej wody, poziom wód gruntowych jest płytki i warstwy wodonośne zazwyczaj znajdują się blisko powierzchni. Płytkie wody gruntowe występują również w miejscach, gdzie ziemia jest niżej, np. w dolinie pod otaczającymi obszarami wyżynnymi.
Głębiej wody gruntowe są zazwyczaj w miejscach suchych, wyjałowionych, u podnóży gór oraz na podwyższonych obszarach takich jak wzgórza. W niektórych regionach występują wysokie spadki wód gruntowych, gdzie zwierciadło wody może rosnąć lub spadać z pogodą. Ulewne deszcze więcej nasycają ziemię i podnoszą lustra wody, a susze mogą obniżyć poziomy wód gruntowych. Ostatnie lata dobitnie obrazują niżówki hydrogeologiczne, w zeszłym roku bardzo obrazowo wyglądała rzeka Wisła odsłaniając najwięcej od kilkudziesięciu lat swoje koryto.
Opady deszczu, topniejące śniegi i lody dostarczają wodę, która przecieka w głąb ziemi, na ogół zapewnia większą część wód podziemnych, która wypełnia podziemne warstwy wodonośne.
Warstwa wodonośna zaczyna się, gdy woda przedostaje się w dół przez pęknięcia i puste przestrzenie w warstwach powierzchniowych powyżej lustra wody, aż osiągnie poziom, gdzie stałe nieprzepuszczalne bloki skalne spotka na swej drodze. W niektórych suchych lokalizacjach, woda gruntowa przede wszystkim składa się starożytnej warstwy wodonośnej z epoki plejstocenu, kiedy lodowce okryły ziemię.
Rodzaje skał znalezionych na danym obszarze wpływają zarówno na poziom wód gruntowych oraz całkowitą ilość wody w warstwie wodonośnej jaką może pomieścić. Większość warstw wodonośnych składa sie materiałów porowatych, które zawierają duże przestrzenie, gdzie woda może zbierać. Obszary zawierające jeden rodzaj cząstek osadu tej samej wielkości są zwykle bardziej porowata niż obszary z mieszaniną różnych osadów cząstek o różnych wielkościach.
Materiały w warstwie wodonośnej muszą być przepuszczalne by woda mogła swobodnie przepływać pomiędzy przestrzeniami. Spękane skały, żwir, piasek i porowate piaskowce są przepuszczalne, więc tworzą większość materiału stałego w warstwach wodonośnych.
Lita skała, łupki i gliny hamują przepływ wody i na ogół nie znajdują się w warstwach wodonośnych. W niektórych miejscach, warstwy wodonośna zostaje uwięziona pomiędzy dwoma warstwami nieprzepuszczalnymi. Woda wchodzi w ten typ formacji wodonośnej w miejscu, gdzie podłoże jest przepuszczalna i przepływa poziomo, czasami poprzez przepuszczalny materiał, który jest otoczony nieprzepuszczalną skały lub gliny. Ten rodzaj warstwy wodonośnej jest nazywany Wodą Artezyjską.
