El origen principal de las aguas subterráneas es la infiltración, aunque también puede tener un origen magmático. En el interior del terreno, esta agua se desplaza o se acumula en las grietas y en los poros.

El agua subterránea tiene una capacidad lenta de renovación, por lo que es necesario evitar su sobreexplotación. Se considera un recurso renovable cuando el volumen de agua extraída cada año no supera al de la infiltrada.
El caudal (Q) que traspasa un terreno depende de la superficie real atravesada por el agua (S), de la conductividad hidráulica del terreno (C) o de los canales y poros comunicados que tenga el terreno, y del gradiente hidráulico (P), que es la pendiente o pérdida de potencial entre dos puntos. En el caso de corrientes de baja velocidad, el caudal se puede cuantificar mediante la ley de Darcy: Q=SCP
En los terrenos permeables cabe distinguir las siguientes partes:

Existen distintos tipos de acuíferos: los confinados y libres se diferencian entre sí por la impermeabilidad del límite superior. En los primeros el agua está a una presión mayor que la atmosférica y, si se perfora la capa impermeable, asciende hasta el nivel piezométrico. Cuando el nivel piezométrico está por encima de la superficie del terreno, forma un pozo artesiano en el que el agua sale como un surtidor.

Por último, los acuíferos fósiles tienen una recarga no renovable a escala temporal humana.

Los acuíferos subterráneos están estrechamente relacionados con los superficiales, que son alimentados por infiltración, y el nacimiento de los ríos se correspondes con la salida al exterior de las aguas subterráneas. También pueden originar lagunas si la superficie topográfica corta el nivel freático.

Si los acuíferos están situados cerca de la costa, además del problema de sobreexplotación por extraer más agua de los que se recarga por la infiltración, pueden salinizarse por un proceso conocido como intrusión salina.